JP2016025716A - Nonaqueous electrolyte secondary battery system - Google Patents

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康介 萩山
Kosuke Hagiyama
康介 萩山
生馬 松崎
Ikuma Matsuzaki
生馬 松崎
隆太 山口
Ryuta Yamaguchi
隆太 山口
文洋 川村
Fumihiro Kawamura
文洋 川村
一希 宮竹
Kazuki Miyatake
一希 宮竹
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide means for further increasing cycle durability against hundreds of cycles, which is required in the case of using, as a power source for an electric motor vehicle, a nonaqueous electrolyte secondary battery arranged in the form of a laminate battery having an electrolytic solution containing an electrode protectant.SOLUTION: A nonaqueous electrolyte secondary battery system comprises: a nonaqueous electrolyte secondary battery arranged by sealing, in an outer sheath, a power-generating element having unit cell layers each including a positive electrode including a positive electrode collector and a positive electrode active material layer formed on the surface of the positive electrode collector, a negative electrode including a negative electrode collector and a negative electrode active material layer formed on the surface of the negative electrode collector, and a separator for holding an electrolytic solution together with the electrolytic solution containing an electrode protectant so that an excess space is present in the outer sheath; pressure-applying means for applying an external pressure to the nonaqueous electrolyte secondary battery; SOC-calculation means for calculating SOC of the nonaqueous electrolyte secondary battery; and control means for controlling the pressure-applying means based on SOC calculated by the SOC calculation means to regulate the external pressure. The control means lowers the external pressure when the SOC reaches a predetermined value or less in discharging the nonaqueous electrolyte secondary battery.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、非水電解質二次電池システムに関する。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery system.

近年、環境保護運動の高まりを背景として、電気自動車(EV)、ハイブリッド電気自動車(HEV)、および燃料電池車(FCV)の開発が進められている。これらのモータ駆動用電源としては繰り返し充放電可能な二次電池が適しており、特に高容量、高出力が期待できるリチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池が注目を集めている。   In recent years, the development of electric vehicles (EV), hybrid electric vehicles (HEV), and fuel cell vehicles (FCV) has been promoted against the background of the increasing environmental protection movement. A secondary battery that can be repeatedly charged and discharged is suitable as a power source for driving these motors, and a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery that can be expected to have a high capacity and a high output is attracting attention.

非水電解質二次電池の発電要素は、集電体表面に形成された正極活物質(たとえば、LiCoO、LiMnO、LiNiO等)を含む正極活物質層を有する。また、非水電解質二次電池の発電要素は、集電体表面に形成された負極活物質(たとえば、金属リチウム、コークスおよび天然・人造黒鉛等の炭素質材料、Sn、Si等の金属およびその酸化物材料等)を含む負極活物質層を有する。そして、これらの正極活物質層および負極活物質層が、通常は液体電解質等の電解質を保持するためのセパレータを介して積層されることにより、非水電解質二次電池の発電要素が形成される。この発電要素は、通常は液体電解質とともにアルミニウムラミネートフィルム等の外装材の内部に封入され、真空に封止されることによって電池が完成する(例えば、特許文献1を参照)。 The power generation element of the nonaqueous electrolyte secondary battery has a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material (for example, LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2, etc.) formed on the current collector surface. The power generation element of the non-aqueous electrolyte secondary battery includes a negative electrode active material (for example, carbonaceous materials such as metallic lithium, coke and natural / artificial graphite, metals such as Sn, Si, and the like) A negative electrode active material layer including an oxide material or the like. The positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer are usually laminated via a separator for holding an electrolyte such as a liquid electrolyte, thereby forming a power generation element of a nonaqueous electrolyte secondary battery. . This power generation element is usually enclosed in an exterior material such as an aluminum laminate film together with a liquid electrolyte, and sealed in a vacuum to complete a battery (see, for example, Patent Document 1).

特開2005−339931号公報JP 2005-339931 A

本発明者らの検討によれば、特許文献1等に記載されているようないわゆるラミネート電池では、電動車両用電源として用いる場合に要求される数百サイクルのサイクル耐久性が依然として十分ではないことが判明した。   According to the study by the present inventors, the so-called laminate battery as described in Patent Document 1 or the like still has insufficient cycle durability of several hundred cycles required when used as a power source for an electric vehicle. There was found.

ここで、従来、非水電解質二次電池のサイクル耐久性を向上させることを目的として、ビニレンカーボネート等の添加剤(電極保護剤)を電解液に添加する技術が知られている。かような電極保護剤は、電池の特に負極の表面にSEI被膜を形成することで、電池の耐久性の向上に寄与する。しかしながら、本発明者らの検討によると、このような電極保護剤を電解液に添加した場合であっても、やはり十分なサイクル耐久性は達成できない場合があることが見出された。   Here, conventionally, a technique for adding an additive (electrode protective agent) such as vinylene carbonate to an electrolytic solution for the purpose of improving the cycle durability of the nonaqueous electrolyte secondary battery is known. Such an electrode protective agent contributes to improving the durability of the battery by forming a SEI film on the surface of the battery, particularly the negative electrode. However, according to the study by the present inventors, it has been found that even when such an electrode protective agent is added to the electrolytic solution, sufficient cycle durability may still not be achieved.

そこで本発明は、電解液が電極保護剤を含むラミネート電池の形態の非水電解質二次電池において、電動車両用電源として用いる場合に要求される数百サイクルのサイクル耐久性をよりいっそう向上させうる手段を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention can further improve the cycle durability of several hundred cycles required when used as a power source for an electric vehicle in a non-aqueous electrolyte secondary battery in the form of a laminated battery in which the electrolytic solution contains an electrode protective agent. It aims to provide a means.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を行った。その過程で、いわゆるラミネート電池におけるサイクル耐久性の低下の原因が、電池のSOCが数%と小さい領域(低SOC領域)における活物質層の劣化にあることを突き止めた。そして、この知見に基づき、特に低SOC領域において電極保護剤を有効利用して電極の劣化を抑制することで、ラミネート電池におけるサイクル耐久性の低下が抑制されうることを確認して、本発明を完成させるに至った。   The present inventors have intensively studied to solve the above problems. In the process, it was found that the cause of the decrease in the cycle durability of the so-called laminated battery is the deterioration of the active material layer in a region where the SOC of the battery is as small as several percent (low SOC region). And based on this knowledge, especially in the low SOC region, it was confirmed that the deterioration of the cycle durability in the laminate battery can be suppressed by effectively suppressing the deterioration of the electrode by using the electrode protective agent. It came to complete.

すなわち、本発明に係る非水電解質二次電池システムは、非水電解質二次電池と、非水電解質二次電池に外部圧力を印加する加圧手段と、非水電解質二次電池のSOCを算出するSOC算出手段と、SOC算出手段が算出したSOCに基づいて、加圧手段を制御して、上記外部圧力を調整する制御手段とを備えている。また、上記非水電解質二次電池は、正極集電体の表面に正極活物質層が形成されてなる正極と、負極集電体の表面に負極活物質層が形成されてなる負極と、電解液を保持するためのセパレータと、を含む単電池層を有する発電要素が、外装体の内部に、電極保護剤を含む電解液とともに、前記外装体の内部に余剰空間が存在するように封入されてなるものである。そして、本発明に係る非水電解質二次電池システムにおいては、上記制御手段が、上記非水電解質二次電池の放電時において、上記SOCが所定値以下となったときに上記外部圧力を減少させる点に特徴がある。   That is, the non-aqueous electrolyte secondary battery system according to the present invention calculates the SOC of the non-aqueous electrolyte secondary battery, the pressurizing means for applying external pressure to the non-aqueous electrolyte secondary battery, and the non-aqueous electrolyte secondary battery. And a control means for controlling the pressurizing means to adjust the external pressure based on the SOC calculated by the SOC calculating means. The non-aqueous electrolyte secondary battery includes a positive electrode in which a positive electrode active material layer is formed on the surface of a positive electrode current collector, a negative electrode in which a negative electrode active material layer is formed on the surface of a negative electrode current collector, A power generation element having a single battery layer including a separator for holding a liquid is enclosed inside the exterior body together with an electrolyte containing an electrode protective agent so that an excess space exists inside the exterior body. It will be. In the non-aqueous electrolyte secondary battery system according to the present invention, the control means reduces the external pressure when the SOC becomes a predetermined value or less during discharge of the non-aqueous electrolyte secondary battery. There is a feature in the point.

本発明に係る非水電解質二次電池システムによれば、非水電解質二次電池のSOCが所定値以下となったときに、非水電解質二次電池に印加される外部圧力が減少する。これにより、より多くの電極保護剤が電極間(正極活物質層と負極活物質層との間)に移動し、電極保護剤の作用によって活物質層の劣化が抑制される。その結果、ラミネート電池におけるサイクル耐久性の低下が抑制され、電動車両用電源として用いる場合に要求される数百サイクルのサイクル耐久性を向上させることも可能となる。   According to the nonaqueous electrolyte secondary battery system of the present invention, the external pressure applied to the nonaqueous electrolyte secondary battery is reduced when the SOC of the nonaqueous electrolyte secondary battery becomes a predetermined value or less. As a result, more electrode protective agent moves between the electrodes (between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer), and deterioration of the active material layer is suppressed by the action of the electrode protective agent. As a result, a decrease in cycle durability in the laminate battery is suppressed, and it is possible to improve the cycle durability of several hundred cycles required when used as a power source for an electric vehicle.

本発明の一実施形態に係る二次電池システムの構成を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the structure of the secondary battery system which concerns on one Embodiment of this invention. 扁平型(積層型)の双極型ではない非水電解質リチウムイオン二次電池の基本構成を模式的に表した断面概略図である。It is the cross-sectional schematic which represented typically the basic composition of the nonaqueous electrolyte lithium ion secondary battery which is not a flat type (stacked type) bipolar type. 本発明を適用した二次電池システムの二次電池を含む加圧装置部分を説明するための斜視図である。It is a perspective view for demonstrating the pressurization apparatus part containing the secondary battery of the secondary battery system to which this invention is applied. 二次電池を含む加圧装置部分の側面図である。It is a side view of the pressurization apparatus part containing a secondary battery. 本発明の一実施形態に係る二次電池システムの制御手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control procedure of the secondary battery system which concerns on one Embodiment of this invention.

本発明の一形態は、正極集電体の表面に正極活物質層が形成されてなる正極と、負極集電体の表面に負極活物質層が形成されてなる負極と、電解液を保持するためのセパレータと、を含む単電池層を有する発電要素が、外装体の内部に、電極保護剤を含む電解液とともに、前記外装体の内部に余剰空間が存在するように封入されてなる非水電解質二次電池(以下、単に「二次電池」とも称する)と、前記非水電解質二次電池に外部圧力を印加する加圧手段と、前記非水電解質二次電池のSOCを算出するSOC算出手段と、前記SOC算出手段が算出したSOCに基づいて、前記加圧手段を制御して、前記外部圧力を調整する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記非水電解質二次電池の放電時において、前記SOCが所定値以下となったときに前記外部圧力を減少させることを特徴とする、非水電解質二次電池システム(以下、単に「二次電池システム」とも称する)である。   One embodiment of the present invention holds a positive electrode in which a positive electrode active material layer is formed on the surface of a positive electrode current collector, a negative electrode in which a negative electrode active material layer is formed on the surface of a negative electrode current collector, and an electrolyte solution. A non-aqueous power generation element having a single battery layer including a separator for sealing with an electrolytic solution containing an electrode protective agent inside the exterior body so that an excess space exists inside the exterior body An electrolyte secondary battery (hereinafter also simply referred to as “secondary battery”), a pressurizing means for applying an external pressure to the nonaqueous electrolyte secondary battery, and an SOC calculation for calculating the SOC of the nonaqueous electrolyte secondary battery And control means for controlling the pressurizing means based on the SOC calculated by the SOC calculating means to adjust the external pressure, wherein the control means discharges the nonaqueous electrolyte secondary battery. At that time, the SOC is below a predetermined value. Wherein the reducing the external pressure to come, a non-aqueous electrolyte secondary battery system (hereinafter, simply referred to as "secondary battery system") is.

図1は、本発明の一実施形態に係る二次電池システムの構成を説明するためのブロック図である。図2は、扁平型(積層型)の双極型ではない非水電解質リチウムイオン二次電池の基本構成を模式的に表した断面概略図である。図3は、本発明を適用した二次電池システムの二次電池を含む加圧装置部分を説明するための斜視図であり、図4は同じく二次電池を含む加圧装置部分の側面図である。   FIG. 1 is a block diagram for explaining a configuration of a secondary battery system according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view schematically showing a basic configuration of a non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery that is not a flat type (stacked type) bipolar type. FIG. 3 is a perspective view for explaining a pressure device portion including a secondary battery of a secondary battery system to which the present invention is applied, and FIG. 4 is a side view of the pressure device portion similarly including a secondary battery. is there.

本実施形態の二次電池システムは、二次電池10と、この二次電池10を挟み込んで二次電池10を加圧する加圧装置4(加圧手段)と、加圧装置4によって二次電池10に印加される外部圧力を調整するコントローラ3(制御手段)を備える。   The secondary battery system of this embodiment includes a secondary battery 10, a pressurizing device 4 (pressurizing means) that pressurizes the secondary battery 10 with the secondary battery 10 interposed therebetween, and a secondary battery using the pressurizing device 4. A controller 3 (control means) that adjusts the external pressure applied to 10 is provided.

ここでは、本実施形態に係る二次電池10の一例として、扁平型(積層型)の双極型ではない非水電解質リチウムイオン二次電池について説明する。しかし本発明を実施する上で、二次電池10は非水電解質二次電池であれば特に限定されない。   Here, as an example of the secondary battery 10 according to the present embodiment, a non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery that is not a flat (stacked) bipolar type will be described. However, in carrying out the present invention, the secondary battery 10 is not particularly limited as long as it is a nonaqueous electrolyte secondary battery.

図2に示すように、本実施形態の二次電池10は、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素21が、外装体であるラミネートフィルム29の内部に封止された構造を有する。ここで、発電要素21は、正極と、セパレータ17と、負極とを積層した構成を有している。なお、セパレータ17は、非水電解質(例えば、液体電解質)を内蔵している。正極は、正極集電体11の両面に正極活物質層13が配置された構造を有する。負極は、負極集電体12の両面に負極活物質層15が配置された構造を有する。具体的には、1つの正極活物質層13とこれに隣接する負極活物質層15とが、セパレータ17を介して対向するようにして、負極、電解質層および正極がこの順に積層されている。これにより、隣接する正極、電解質層および負極は、1つの単電池層19を構成する。したがって、図2に示す積層型電池10は、単電池層19が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有するともいえる。   As shown in FIG. 2, the secondary battery 10 of the present embodiment has a structure in which a substantially rectangular power generation element 21 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside a laminate film 29 that is an exterior body. . Here, the power generation element 21 has a configuration in which a positive electrode, a separator 17, and a negative electrode are stacked. The separator 17 contains a nonaqueous electrolyte (for example, a liquid electrolyte). The positive electrode has a structure in which the positive electrode active material layer 13 is disposed on both surfaces of the positive electrode current collector 11. The negative electrode has a structure in which the negative electrode active material layers 15 are disposed on both surfaces of the negative electrode current collector 12. Specifically, the negative electrode, the electrolyte layer, and the positive electrode are laminated in this order so that one positive electrode active material layer 13 and the negative electrode active material layer 15 adjacent thereto face each other with a separator 17 therebetween. Thereby, the adjacent positive electrode, electrolyte layer, and negative electrode constitute one unit cell layer 19. Therefore, it can be said that the stacked battery 10 shown in FIG. 2 has a configuration in which a plurality of single battery layers 19 are stacked and electrically connected in parallel.

なお、発電要素21の両最外層に位置する最外層正極集電体には、いずれも片面のみに正極活物質層13が配置されているが、両面に活物質層が設けられてもよい。すなわち、片面にのみ活物質層を設けた最外層専用の集電体とするのではなく、両面に活物質層がある集電体をそのまま最外層の集電体として用いてもよい。また、図2とは正極および負極の配置を逆にすることで、発電要素21の両最外層に最外層負極集電体が位置するようにし、該最外層負極集電体の片面または両面に負極活物質層が配置されているようにしてもよい。   In addition, although the positive electrode active material layer 13 is arrange | positioned only at one side in the outermost layer positive electrode collector located in both outermost layers of the electric power generation element 21, an active material layer may be provided in both surfaces. That is, instead of using a current collector dedicated to the outermost layer provided with an active material layer only on one side, a current collector having an active material layer on both sides may be used as it is as an outermost current collector. In addition, the arrangement of the positive electrode and the negative electrode is reversed from that in FIG. 2 so that the outermost negative electrode current collector is positioned on both outermost layers of the power generation element 21, and the outermost negative electrode current collector is disposed on one or both surfaces. A negative electrode active material layer may be disposed.

正極集電体11および負極集電体12は、各電極(正極および負極)と導通される正極集電板(タブ)25および負極集電板(タブ)27がそれぞれ取り付けられ、ラミネートフィルム29の端部に挟まれるようにしてラミネートフィルム29の外部に導出される構造を有している。正極集電板25および負極集電板27はそれぞれ、必要に応じて正極リードおよび負極リード(図示せず)を介して、各電極の正極集電体11および負極集電体12に超音波溶接や抵抗溶接等により取り付けられていてもよい。   The positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 12 are each provided with a positive electrode current collector plate (tab) 25 and a negative electrode current collector plate (tab) 27 that are electrically connected to the respective electrodes (positive electrode and negative electrode). It has a structure led out of the laminate film 29 so as to be sandwiched between the end portions. The positive electrode current collector plate 25 and the negative electrode current collector plate 27 are ultrasonically welded to the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 12 of each electrode, respectively, via a positive electrode lead and a negative electrode lead (not shown) as necessary. Or resistance welding or the like.

なお、図2では、扁平型(積層型)の双極型ではない積層型電池を示したが、集電体の一方の面に電気的に結合した正極活物質層と、集電体の反対側の面に電気的に結合した負極活物質層と、を有する双極型電極を含む双極型電池であってもよい。この場合、一の集電体が正極集電体および負極集電体を兼ねることとなる。   Note that FIG. 2 illustrates a flat battery (stacked battery) that is not a bipolar battery, but a positive electrode active material layer that is electrically coupled to one surface of the current collector and the opposite side of the current collector. And a bipolar battery including a bipolar electrode having a negative electrode active material layer electrically coupled to the surface. In this case, one current collector also serves as a positive electrode current collector and a negative electrode current collector.

以下、各部材について、さらに詳細に説明する。   Hereinafter, each member will be described in more detail.

[負極活物質層]
負極活物質層は、負極活物質を含む。負極活物質としては、例えば、グラファイト(黒鉛)、ソフトカーボン、ハードカーボン等の炭素材料、リチウム−遷移金属複合酸化物(例えば、LiTi12)、金属材料、リチウム合金系負極材料などが挙げられる。場合によっては、2種以上の負極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、炭素材料またはリチウム−遷移金属複合酸化物が、負極活物質として用いられる。なお、上記以外の負極活物質が用いられてもよいことは勿論である。
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material. Examples of the negative electrode active material include carbon materials such as graphite (graphite), soft carbon, and hard carbon, lithium-transition metal composite oxides (for example, Li 4 Ti 5 O 12 ), metal materials, lithium alloy negative electrode materials, and the like. Is mentioned. In some cases, two or more negative electrode active materials may be used in combination. Preferably, from the viewpoint of capacity and output characteristics, a carbon material or a lithium-transition metal composite oxide is used as the negative electrode active material. Of course, negative electrode active materials other than those described above may be used.

負極活物質層に含まれるそれぞれの活物質の平均粒子径は特に制限されないが、高出力化の観点からは、好ましくは1〜100μm、より好ましくは1〜30μmである。   The average particle diameter of each active material contained in the negative electrode active material layer is not particularly limited, but is preferably 1 to 100 μm, more preferably 1 to 30 μm from the viewpoint of increasing output.

負極活物質層がバインダーを含む場合には、水系バインダーを含むことが好ましい。水系バインダーは、原料としての水の調達が容易であることに加え、乾燥時に発生するのは水蒸気であるため、製造ラインへの設備投資が大幅に抑制でき、環境負荷の低減を図ることができるという利点がある。   When the negative electrode active material layer contains a binder, it is preferable to contain an aqueous binder. In addition to the easy procurement of water as a raw material, water-based binders can be greatly reduced in capital investment on the production line and reduced environmental load because it is water vapor that occurs during drying. There is an advantage.

水系バインダーとは水を溶媒もしくは分散媒体とするバインダーをいい、具体的には熱可塑性樹脂、ゴム弾性を有するポリマー、水溶性高分子など、またはこれらの混合物が該当する。ここで、水を分散媒体とするバインダーとは、ラテックスまたはエマルジョンと表現される全てを含み、水と乳化または水に懸濁したポリマーを指し、例えば自己乳化するような系で乳化重合したポリマーラテックス類が挙げられる。   The water-based binder refers to a binder using water as a solvent or a dispersion medium, and specifically includes a thermoplastic resin, a polymer having rubber elasticity, a water-soluble polymer, or a mixture thereof. Here, the binder using water as a dispersion medium refers to a polymer that includes all expressed as latex or emulsion and is emulsified or suspended in water. For example, a polymer latex that is emulsion-polymerized in a system that self-emulsifies. Kind.

水系バインダーとしては、具体的にはスチレン系高分子(スチレン−ブタジエンゴム、スチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン−アクリル共重合体等)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、メタクリル酸メチル-ブタジエンゴム、(メタ)アクリル系高分子(ポリエチルアクリレート、ポリエチルメタクリレート、ポリプロピルアクリレート、ポリメチルメタクリレート(メタクリル酸メチルゴム)、ポリプロピルメタクリレート、ポリイソプロピルアクリレート、ポリイソプロピルメタクリレート、ポリブチルアクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリヘキシルアクリレート、ポリヘキシルメタクリレート、ポリエチルヘキシルアクリレート、ポリエチルヘキシルメタクリレート、ポリラウリルアクリレート、ポリラウリルメタクリレート等)、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、ポリブタジエン、ブチルゴム、フッ素ゴム、ポリエチレンオキシド、ポリエピクロルヒドリン、ポリフォスファゼン、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体、ポリビニルピリジン、クロロスルホン化ポリエチレン、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂;ポリビニルアルコール(平均重合度は、好適には200〜4000、より好適には、1000〜3000、ケン化度は好適には80モル%以上、より好適には90モル%以上)およびその変性体(エチレン/酢酸ビニル=2/98〜30/70モル比の共重合体の酢酸ビニル単位のうちの1〜80モル%ケン化物、ポリビニルアルコールの1〜50モル%部分アセタール化物等)、デンプンおよびその変性体(酸化デンプン、リン酸エステル化デンプン、カチオン化デンプン等)、セルロース誘導体(カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、およびこれらの塩等)、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸(塩)、ポリエチレングリコール、(メタ)アクリルアミドおよび/または(メタ)アクリル酸塩の共重合体[(メタ)アクリルアミド重合体、(メタ)アクリルアミド−(メタ)アクリル酸塩共重合体、(メタ)アクリル酸アルキル(炭素数1〜4)エステル−(メタ)アクリル酸塩共重合体など]、スチレン−マレイン酸塩共重合体、ポリアクリルアミドのマンニッヒ変性体、ホルマリン縮合型樹脂(尿素−ホルマリン樹脂、メラミン−ホルマリン樹脂等)、ポリアミドポリアミンもしくはジアルキルアミン−エピクロルヒドリン共重合体、ポリエチレンイミン、カゼイン、大豆蛋白、合成蛋白、並びにマンナンガラクタン誘導体等の水溶性高分子などが挙げられる。これらの水系バインダーは1種単独で用いてもよいし、2種以上併用して用いてもよい。   Specific examples of water-based binders include styrene polymers (styrene-butadiene rubber, styrene-vinyl acetate copolymer, styrene-acrylic copolymer, etc.), acrylonitrile-butadiene rubber, methyl methacrylate-butadiene rubber, (meta ) Acrylic polymers (polyethyl acrylate, polyethyl methacrylate, polypropyl acrylate, polymethyl methacrylate (methyl methacrylate rubber), polypropyl methacrylate, polyisopropyl acrylate, polyisopropyl methacrylate, polybutyl acrylate, polybutyl methacrylate, polyhexyl acrylate , Polyhexyl methacrylate, polyethylhexyl acrylate, polyethylhexyl methacrylate, polylauryl acrylate, polylauryl methacrylate Relate, etc.), polytetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene copolymer, polybutadiene, butyl rubber, fluororubber, polyethylene oxide, polyepichlorohydrin, polyphosphazene, polyacrylonitrile, polystyrene, ethylene-propylene-diene copolymer , Polyvinyl pyridine, chlorosulfonated polyethylene, polyester resin, phenol resin, epoxy resin; polyvinyl alcohol (average polymerization degree is preferably 200 to 4000, more preferably 1000 to 3000, and saponification degree is preferably 80. Mol% or more, more preferably 90 mol% or more) and a modified product thereof (saponified product of 1 to 80 mol% of vinyl acetate units of a copolymer of ethylene / vinyl acetate = 2/98 to 30/70 mol ratio) , Poly Nyl alcohol 1-50 mol% partially acetalized product), starch and modified products thereof (oxidized starch, phosphate esterified starch, cationized starch, etc.), cellulose derivatives (carboxymethylcellulose, methylcellulose, hydroxypropylcellulose, hydroxyethylcellulose, And their salts), polyvinylpyrrolidone, polyacrylic acid (salt), polyethylene glycol, (meth) acrylamide and / or (meth) acrylate copolymer [(meth) acrylamide polymer, (meth) acrylamide- (Meth) acrylate copolymer, alkyl (meth) acrylate (1 to 4 carbon atoms) ester- (meth) acrylate copolymer, etc.], styrene-maleate copolymer, polyacrylamide Mannich Denatured body Formalin condensation type resin (urea-formalin resin, melamine-formalin resin, etc.), polyamide polyamine or dialkylamine-epichlorohydrin copolymer, polyethyleneimine, casein, soy protein, synthetic protein, and water-soluble polymers such as mannangalactan derivatives Is mentioned. These aqueous binders may be used alone or in combination of two or more.

上記水系バインダーは、結着性の観点から、スチレン-ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、メタクリル酸メチル−ブタジエンゴム、およびメタクリル酸メチルゴムからなる群から選択される少なくとも1つのゴム系バインダーを含むことが好ましい。さらに、結着性が良好であることから、水系バインダーはスチレン−ブタジエンゴムを含むことが好ましい。   The water-based binder may contain at least one rubber-based binder selected from the group consisting of styrene-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, methyl methacrylate-butadiene rubber, and methyl methacrylate rubber from the viewpoint of binding properties. preferable. Furthermore, it is preferable that the water-based binder contains a styrene-butadiene rubber because the binding property is good.

水系バインダーとしてスチレン−ブタジエンゴムを用いる場合、塗工性向上の観点から、上記水溶性高分子を併用することが好ましい。スチレン−ブタジエンゴムと併用することが好適な水溶性高分子としては、ポリビニルアルコールおよびその変性体、デンプンおよびその変性体、セルロース誘導体(カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、およびこれらの塩等)、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸(塩)、またはポリエチレングリコールが挙げられる。中でも、バインダーとして、スチレン−ブタジエンゴムと、カルボキシメチルセルロースとを組み合わせることが好ましい。スチレン−ブタジエンゴムと、水溶性高分子との含有質量比は、特に制限されるものではないが、スチレン−ブタジエンゴム:水溶性高分子=1:0.3〜0.7であることが好ましい。   When styrene-butadiene rubber is used as the water-based binder, it is preferable to use the water-soluble polymer in combination from the viewpoint of improving coatability. Water-soluble polymers suitable for use in combination with styrene-butadiene rubber include polyvinyl alcohol and modified products thereof, starch and modified products thereof, cellulose derivatives (carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, and salts thereof), polyvinyl Examples include pyrrolidone, polyacrylic acid (salt), or polyethylene glycol. Among them, it is preferable to combine styrene-butadiene rubber and carboxymethyl cellulose as a binder. The mass ratio of the styrene-butadiene rubber and the water-soluble polymer is not particularly limited, but is preferably styrene-butadiene rubber: water-soluble polymer = 1: 0.3 to 0.7. .

負極活物質層がバインダーを含む場合、負極活物質層に用いられるバインダーのうち、水系バインダーの含有量は80〜100質量%であることが好ましく、90〜100質量%であることが好ましく、100質量%であることが好ましい。水系バインダー以外のバインダーとしては、下記正極活物質層に用いられるバインダーが挙げられる。   When a negative electrode active material layer contains a binder, it is preferable that content of an aqueous binder is 80-100 mass% among the binders used for a negative electrode active material layer, and it is preferable that it is 90-100 mass%, 100 It is preferable that it is mass%. Examples of the binder other than the water-based binder include binders used in the following positive electrode active material layer.

負極活物質層中に含まれるバインダー量は、活物質を結着することができる量であれば特に限定されるものではないが、好ましくは負極活物質層の全量100質量%に対して、0.5〜15質量%であり、より好ましくは1〜10質量%であり、さらに好ましくは2〜4質量%であり、最も好ましくは2.5〜3.5質量%である。水系バインダーは結着力が高いことから、有機溶媒系バインダーと比較して少量の添加で活物質層を形成できる。   The amount of the binder contained in the negative electrode active material layer is not particularly limited as long as it is an amount capable of binding the active material, but is preferably 0 with respect to 100% by mass of the total amount of the negative electrode active material layer. It is 0.5-15 mass%, More preferably, it is 1-10 mass%, More preferably, it is 2-4 mass%, Most preferably, it is 2.5-3.5 mass%. Since the water-based binder has high binding power, the active material layer can be formed with a small amount of addition as compared with the organic solvent-based binder.

負極活物質層は、必要に応じて、導電助剤、電解質(ポリマーマトリックス、イオン伝導性ポリマー、電解液など)、イオン伝導性を高めるためのリチウム塩などのその他の添加剤をさらに含む。   The negative electrode active material layer further includes a conductive additive, an electrolyte (polymer matrix, ion conductive polymer, electrolytic solution, etc.), and other additives such as a lithium salt for increasing ion conductivity, as necessary.

導電助剤とは、正極活物質層または負極活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、アセチレンブラック等のカーボンブラック、グラファイト、炭素繊維などの炭素材料が挙げられる。活物質層が導電助剤を含むと、活物質層の内部における電子ネットワークが効果的に形成され、電池の出力特性の向上に寄与しうる。   The conductive assistant refers to an additive that is blended in order to improve the conductivity of the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer. Examples of the conductive auxiliary agent include carbon materials such as carbon black such as acetylene black, graphite, and carbon fiber. When the active material layer contains a conductive additive, an electronic network inside the active material layer is effectively formed, which can contribute to improvement of the output characteristics of the battery.

電解質塩(リチウム塩)は、上述した電解液が負極活物質層へと浸透することで、負極活物質層中に含まれることになる。したがって、負極活物質層に含まれうるリチウム塩の具体的な形態は、上述した電解質を構成するリチウム塩と同様である。   Electrolyte salt (lithium salt) will be contained in a negative electrode active material layer because the electrolyte solution mentioned above osmose | permeates a negative electrode active material layer. Therefore, the specific form of the lithium salt that can be contained in the negative electrode active material layer is the same as the lithium salt that constitutes the electrolyte described above.

イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)系およびポリプロピレンオキシド(PPO)系のポリマーが挙げられる。   Examples of the ion conductive polymer include polyethylene oxide (PEO) -based and polypropylene oxide (PPO) -based polymers.

負極活物質層および後述の正極活物質層中に含まれる成分の配合比は、特に限定されない。配合比は、リチウムイオン二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整されうる。   The compounding ratio of the components contained in the negative electrode active material layer and the positive electrode active material layer described later is not particularly limited. The blending ratio can be adjusted by appropriately referring to known knowledge about lithium ion secondary batteries.

負極活物質層の密度は、1.4〜1.6g/cmであることが好ましい。負極活物質層の密度が1.6g/cm以下であれば、電池の充放電時に発生したガスが発電要素の内部から十分に抜けることができ、長期サイクル特性がより向上しうる。また、負極活物質層の密度が1.4g/cm以上であれば、活物質の連通性が確保され、電子伝導性が十分に維持される結果、電池性能がより向上しうる。負極活物質層の密度は、1.42〜1.53g/cmであることが好ましい。なお、負極活物質層の密度は、単位体積あたりの活物質層質量を表す。具体的には、電池から負極活物質層を取り出し、電解液中などに存在する溶媒等を除去後、電極体積を長辺、短辺、高さから求め、活物質層の重量を測定後、重量を体積で除することによって求めることができる。 The density of the negative electrode active material layer is preferably 1.4 to 1.6 g / cm 3 . If the density of the negative electrode active material layer is 1.6 g / cm 3 or less, the gas generated during charging and discharging of the battery can sufficiently escape from the inside of the power generation element, and the long-term cycle characteristics can be further improved. Further, if the density of the negative electrode active material layer is 1.4 g / cm 3 or more, the active material can be connected and the electron conductivity can be sufficiently maintained. As a result, the battery performance can be further improved. The density of the negative electrode active material layer is preferably 1.42 to 1.53 g / cm 3 . Note that the density of the negative electrode active material layer represents the mass of the active material layer per unit volume. Specifically, after removing the negative electrode active material layer from the battery, removing the solvent and the like present in the electrolyte solution, the electrode volume is obtained from the long side, the short side, and the height, and after measuring the weight of the active material layer, It can be determined by dividing weight by volume.

また、負極活物質層のセパレータ側表面の表面中心線平均粗さ(Ra)は0.5〜1.0μmであることが好ましい。負極活物質層の中心線平均粗さ(Ra)が0.5μm以上であれば、長期サイクル特性がより向上しうる。これは、表面粗さが0.5μm以上であれば、発電要素内に発生したガスが系外へ排出されやすいためであると考えられる。また、負極活物質層の中心線平均粗さ(Ra)が1.0μm以下であれば、電池要素内の電子伝導性が十分に確保され、電池特性がより向上しうる。   Moreover, it is preferable that the surface centerline average roughness (Ra) of the separator side surface of a negative electrode active material layer is 0.5-1.0 micrometer. If the center line average roughness (Ra) of the negative electrode active material layer is 0.5 μm or more, the long-term cycle characteristics can be further improved. This is considered to be because if the surface roughness is 0.5 μm or more, the gas generated in the power generation element is easily discharged out of the system. Moreover, if the centerline average roughness (Ra) of the negative electrode active material layer is 1.0 μm or less, the electron conductivity in the battery element is sufficiently secured, and the battery characteristics can be further improved.

ここで、中心線平均粗さRaとは、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけを抜き取り、この抜き取り部分の平均線の方向にx軸を、縦倍率の方向にy軸を取り、粗さ曲線をy=f(x)で表したときに、下記の数式1によって求められる値をマイクロメートル(μm)で表したものである(JIS−B0601−1994)。   Here, the centerline average roughness Ra means that only the reference length is extracted from the roughness curve in the direction of the average line, the x axis is in the direction of the average line of the extracted portion, and the y axis is in the direction of the vertical magnification. When the roughness curve is expressed by y = f (x), the value obtained by the following formula 1 is expressed in micrometers (μm) (JIS-B0601-1994).

Raの値は、例えばJIS−B0601−1994等に定められている方法によって、一般的に広く使用されている触針式あるいは非接触式表面粗さ計などを用いて測定される。装置のメーカーや型式には何ら制限は無い。本発明における検討では、粗さ解析装置(SLOAN社製、型番:Dektak3030)を用い、JIS−B0601に定められている方法に準拠してRaを求めた。接触法(ダイヤモンド針等による触針式)、非接触法(レーザー光等による非接触検出)のどちらでも測定可能であるが、本発明における検討では、接触法により測定した。   The value of Ra is measured using a stylus type or non-contact type surface roughness meter that is generally widely used, for example, by a method defined in JIS-B0601-1994. There are no restrictions on the manufacturer or model of the device. In the examination in the present invention, Ra was obtained using a roughness analyzer (manufactured by SLOAN, model number: Dektak3030) based on the method defined in JIS-B0601. Either the contact method (stylus type using a diamond needle or the like) or the non-contact method (non-contact detection using a laser beam or the like) can be used, but in the study in the present invention, the measurement was performed by the contact method.

また、比較的簡単に計測できることから、本発明に規定する表面粗さRaは、製造過程で集電体上に活物質層が形成された段階で測定する。ただし、電池完成後であっても測定可能であり、製造段階とほぼ同じ結果であることから、電池完成後の表面粗さが、上記Raの範囲を満たすものであればよい。また、負極活物質層の表面粗さは、負極活物質層のセパレータ側のものである。   Moreover, since it can measure comparatively easily, surface roughness Ra prescribed | regulated to this invention is measured in the step in which the active material layer was formed on the electrical power collector in the manufacture process. However, the measurement can be performed even after the battery is completed, and the results are almost the same as those in the manufacturing stage. Therefore, the surface roughness after the battery is completed may satisfy the above Ra range. The surface roughness of the negative electrode active material layer is that on the separator side of the negative electrode active material layer.

負極の表面粗さは、負極活物質層に含まれる活物質の形状、粒子径、活物質の配合量等を考慮して、例えば、活物質層形成時のプレス圧を調整するなどして、上記範囲となるように調整することができる。活物質の形状は、その種類や製造方法等によって取り得る形状が異なり、また、粉砕等により形状を制御することができ、例えば、球状(粉末状)、板状、針状、柱状、角状などが挙げられる。したがって、活物質層に用いられる形状を考慮して、表面粗さを調整するために、種々の形状の活物質を組み合わせてもよい。   The surface roughness of the negative electrode takes into account the active material shape, particle diameter, active material blending amount, etc. contained in the negative electrode active material layer, for example, by adjusting the press pressure during active material layer formation, etc. It can adjust so that it may become the said range. The shape of the active material varies depending on the type and manufacturing method, and the shape can be controlled by pulverization, for example, spherical (powder), plate, needle, column, square Etc. Therefore, in order to adjust the surface roughness in consideration of the shape used for the active material layer, active materials having various shapes may be combined.

[正極活物質層]
正極活物質層は正極活物質を含み、必要に応じて、導電助剤、バインダー、電解質(ポリマーマトリックス、イオン伝導性ポリマー、電解液など)、イオン伝導性を高めるためのリチウム塩などのその他の添加剤をさらに含む。
[Positive electrode active material layer]
The positive electrode active material layer contains a positive electrode active material and, if necessary, other materials such as a conductive additive, a binder, an electrolyte (polymer matrix, ion conductive polymer, electrolyte, etc.), a lithium salt for increasing ion conductivity, and the like. Further includes an additive.

正極活物質としては、例えば、LiMn、LiCoO、LiNiO、Li(Ni−Mn−Co)Oおよびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの等のリチウム−遷移金属複合酸化物、リチウム−遷移金属リン酸化合物、リチウム−遷移金属硫酸化合物などが挙げられる。場合によっては、2種以上の正極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、リチウム−遷移金属複合酸化物が、正極活物質として用いられる。より好ましくは、Li(Ni−Mn−Co)Oおよびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの(以下、単に「NMC複合酸化物」とも称する)が用いられる。NMC複合酸化物は、リチウム原子層と遷移金属(Mn、NiおよびCoが秩序正しく配置)原子層とが酸素原子層を介して交互に積み重なった層状結晶構造を持ち、遷移金属Mの1原子あたり1個のLi原子が含まれ、取り出せるLi量が、スピネル系リチウムマンガン酸化物の2倍、つまり供給能力が2倍になり、高い容量を持つことができる。 Examples of the positive electrode active material include LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , Li (Ni—Mn—Co) O 2, and lithium-such as those obtained by replacing some of these transition metals with other elements. Examples include transition metal composite oxides, lithium-transition metal phosphate compounds, and lithium-transition metal sulfate compounds. In some cases, two or more positive electrode active materials may be used in combination. Preferably, a lithium-transition metal composite oxide is used as the positive electrode active material from the viewpoint of capacity and output characteristics. More preferably, Li (Ni—Mn—Co) O 2 and those in which some of these transition metals are substituted with other elements (hereinafter, also simply referred to as “NMC composite oxide”) are used. The NMC composite oxide has a layered crystal structure in which a lithium atomic layer and a transition metal (Mn, Ni, and Co are arranged in order) are stacked alternately via an oxygen atomic layer. One Li atom is contained, and the amount of Li that can be taken out is twice that of the spinel lithium manganese oxide, that is, the supply capacity is doubled, so that a high capacity can be obtained.

NMC複合酸化物は、上述したように、遷移金属元素の一部が他の金属元素により置換されている複合酸化物も含む。その場合の他の元素としては、Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Cr、Fe、B、Ga、In、Si、Mo、Y、Sn、V、Cu、Ag、Znなどが挙げられ、好ましくは、Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Crであり、より好ましくは、Ti、Zr、P、Al、Mg、Crであり、サイクル特性向上の観点から、さらに好ましくは、Ti、Zr、Al、Mg、Crである。   As described above, the NMC composite oxide includes a composite oxide in which a part of the transition metal element is substituted with another metal element. Other elements in that case include Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, Cr, Fe, B, Ga, In, Si, Mo, Y, Sn, V, Cu , Ag, Zn, etc., preferably Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, Cr, more preferably Ti, Zr, P, Al, Mg, From the viewpoint of improving cycle characteristics, Ti, Zr, Al, Mg, and Cr are more preferable.

NMC複合酸化物は、理論放電容量が高いことから、好ましくは、一般式(1):LiNiMnCo(但し、式中、a、b、c、d、xは、0.9≦a≦1.2、0<b<1、0<c≦0.5、0<d≦0.5、0≦x≦0.3、b+c+d=1を満たす。MはTi、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Crから選ばれる元素で少なくとも1種類である)で表される組成を有する。ここで、aは、Liの原子比を表し、bは、Niの原子比を表し、cは、Mnの原子比を表し、dは、Coの原子比を表し、xは、Mの原子比を表す。サイクル特性の観点からは、一般式(1)において、0.4≦b≦0.6であることが好ましい。なお、各元素の組成は、例えば、誘導結合プラズマ(ICP)発光分析法により測定できる。 Since the NMC composite oxide has a high theoretical discharge capacity, it is preferable that the general formula (1): Li a Ni b Mn c Co d M x O 2 (where a, b, c, d, x Satisfies 0.9 ≦ a ≦ 1.2, 0 <b <1, 0 <c ≦ 0.5, 0 <d ≦ 0.5, 0 ≦ x ≦ 0.3, and b + c + d = 1. And at least one element selected from Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, and Cr. Here, a represents the atomic ratio of Li, b represents the atomic ratio of Ni, c represents the atomic ratio of Mn, d represents the atomic ratio of Co, and x represents the atomic ratio of M. Represents. From the viewpoint of cycle characteristics, it is preferable that 0.4 ≦ b ≦ 0.6 in the general formula (1). The composition of each element can be measured by, for example, inductively coupled plasma (ICP) emission spectrometry.

一般に、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)およびマンガン(Mn)は、材料の純度向上および電子伝導性向上という観点から、容量および出力特性に寄与することが知られている。Ti等は、結晶格子中の遷移金属を一部置換するものである。サイクル特性の観点からは、遷移元素の一部が他の金属元素により置換されていることが好ましく、特に一般式(1)において0<x≦0.3であることが好ましい。Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、SrおよびCrからなる群から選ばれる少なくとも1種が固溶することにより結晶構造が安定化されるため、その結果、充放電を繰り返しても電池の容量低下が防止でき、優れたサイクル特性が実現し得ると考えられる。   In general, nickel (Ni), cobalt (Co), and manganese (Mn) are known to contribute to capacity and output characteristics from the viewpoint of improving the purity of materials and improving electronic conductivity. Ti or the like partially replaces the transition metal in the crystal lattice. From the viewpoint of cycle characteristics, it is preferable that a part of the transition element is substituted with another metal element, and it is particularly preferable that 0 <x ≦ 0.3 in the general formula (1). Since at least one selected from the group consisting of Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, and Cr is dissolved, the crystal structure is stabilized. It is considered that the battery capacity can be prevented from decreasing even if the above is repeated, and that excellent cycle characteristics can be realized.

より好ましい実施形態としては、一般式(1)において、b、cおよびdが、0.44≦b≦0.51、0.27≦c≦0.31、0.19≦d≦0.26であることが、容量と耐久性とのバランスに優れる点で好ましい。   As a more preferable embodiment, in the general formula (1), b, c and d are 0.44 ≦ b ≦ 0.51, 0.27 ≦ c ≦ 0.31, 0.19 ≦ d ≦ 0.26. It is preferable that it is excellent in balance between capacity and durability.

なお、上記以外の正極活物質が用いられてもよいことは勿論である。   Of course, positive electrode active materials other than those described above may be used.

正極活物質層に含まれる活物質の平均粒子径は特に制限されないが、高出力化の観点からは、好ましくは1〜100μm、より好ましくは1〜20μmである。   The average particle size of the active material contained in the positive electrode active material layer is not particularly limited, but is preferably 1 to 100 μm, more preferably 1 to 20 μm from the viewpoint of increasing the output.

正極活物質層に用いられるバインダーとしては、特に限定されないが、例えば、以下の材料が挙げられる。ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、セルロース、カルボキシメチルセルロース(CMC)およびその塩、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物などの熱可塑性高分子、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−HFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−HFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−PFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFMVE−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−CTFE系フッ素ゴム)等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴム、エポキシ樹脂等が挙げられる。これらのバインダーは、単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。   Although it does not specifically limit as a binder used for a positive electrode active material layer, For example, the following materials are mentioned. Polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile, polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, cellulose, carboxymethyl cellulose (CMC) and its salts, ethylene-vinyl acetate copolymer, polyvinyl chloride, styrene-butadiene rubber (SBR) ), Isoprene rubber, butadiene rubber, ethylene / propylene rubber, ethylene / propylene / diene copolymer, styrene / butadiene / styrene block copolymer and hydrogenated product thereof, styrene / isoprene / styrene block copolymer and hydrogenated product thereof Thermoplastic polymers such as products, polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (F P), tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), ethylene / tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), ethylene / chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE) ), Fluororesin such as polyvinyl fluoride (PVF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-based fluororubber (VDF-HFP-based fluororubber), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-HFP) -TFE fluorine rubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene fluorine rubber (VDF-PFP fluorine rubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene-tetrafluoroethylene Fluorine rubber (VDF-PFP-TFE fluorine rubber), vinylidene fluoride-perfluoromethyl vinyl ether-tetrafluoroethylene fluorine rubber (VDF-PFMVE-TFE fluorine rubber), vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene fluorine Examples thereof include vinylidene fluoride fluorine rubber such as rubber (VDF-CTFE fluorine rubber), epoxy resin, and the like. These binders may be used independently and may use 2 or more types together.

正極活物質層中に含まれるバインダー量は、活物質を結着することができる量であれば特に限定されるものではないが、好ましくは活物質層に対して、0.5〜15質量%であり、より好ましくは1〜10質量%である。   The amount of the binder contained in the positive electrode active material layer is not particularly limited as long as it is an amount capable of binding the active material, but is preferably 0.5 to 15% by mass with respect to the active material layer. More preferably, it is 1-10 mass%.

バインダー以外のその他の添加剤については、上記負極活物質層の欄と同様のものを用いることができる。   About other additives other than a binder, the thing similar to the column of the said negative electrode active material layer can be used.

[セパレータ(電解質層)]
セパレータは、電解質を保持して正極と負極との間のリチウムイオン伝導性を確保する機能、および正極と負極との間の隔壁としての機能を有する。
[Separator (electrolyte layer)]
The separator has a function of holding an electrolyte and ensuring lithium ion conductivity between the positive electrode and the negative electrode, and a function as a partition wall between the positive electrode and the negative electrode.

ここで、電池の初回充電時に発生したガスの発電要素からの放出性をより向上させるためには、負極活物質層を抜けてセパレータに達したガスの放出性も考慮することが好ましい。かような観点から、セパレータの透気度および空孔率を適切な範囲とすることがより好ましい。   Here, in order to further improve the release of the gas generated during the initial charge of the battery from the power generation element, it is preferable to consider the release of the gas that has passed through the negative electrode active material layer and reached the separator. From such a viewpoint, it is more preferable that the air permeability and the porosity of the separator are within an appropriate range.

具体的には、セパレータの透気度(ガーレ値)は200(秒/100cc)以下であることが好ましい。セパレータの透気度が200(秒/100cc)以下であることによって発生するガスの抜けが向上し、サイクル後の容量維持率が良好な電池となり、また、セパレータとしての機能である短絡防止や機械的物性も十分なものとなる。透気度の下限は特に限定されるものではないが、通常300(秒/100cc)以上である。セパレータの透気度は、JIS P8117(2009)の測定法による値である。   Specifically, the air permeability (Gurley value) of the separator is preferably 200 (seconds / 100 cc) or less. When the separator has an air permeability of 200 (seconds / 100 cc) or less, the escape of gas generated is improved, the battery has a good capacity retention rate after cycling, and the short circuit prevention and machine functions as a separator The physical properties are also sufficient. The lower limit of the air permeability is not particularly limited, but is usually 300 (second / 100 cc) or more. The air permeability of the separator is a value according to the measurement method of JIS P8117 (2009).

また、セパレータの空孔率は40〜65%であることが好ましい。セパレータの空孔率が40〜65%であることによって、発生するガスの放出性が向上し、長期サイクル特性がより良好な電池となり、また、セパレータとしての機能である短絡防止や機械的物性も十分なものとなる。なお、空孔率は、セパレータの原料である樹脂の密度と最終製品のセパレータの密度から体積比として求められる値を採用する。例えば、原料の樹脂の密度をρ、セパレータのかさ密度をρ’とすると、空孔率=100×(1−ρ’/ρ)で表される。

セパレータの形態としては、例えば、上記電解質を吸収保持するポリマーや繊維からなる多孔性シートのセパレータや不織布セパレータ等を挙げることができる。
Moreover, it is preferable that the porosity of a separator is 40 to 65%. When the separator has a porosity of 40 to 65%, the release of generated gas is improved, the battery has better long-term cycle characteristics, and the short circuit prevention and mechanical properties that are functions as a separator are also provided. It will be enough. For the porosity, a value obtained as a volume ratio from the density of the resin as the raw material of the separator and the density of the separator of the final product is adopted. For example, when the density of the raw material resin is ρ and the bulk density of the separator is ρ ′, the porosity is expressed by 100 × (1−ρ ′ / ρ).

Examples of the separator include a porous sheet separator or a nonwoven fabric separator made of a polymer or fiber that absorbs and holds the electrolyte.

ポリマーないし繊維からなる多孔性シートのセパレータとしては、例えば、微多孔質(微多孔膜)を用いることができる。該ポリマーないし繊維からなる多孔性シートの具体的な形態としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)などのポリオレフィン;これらを複数積層した積層体(例えば、PP/PE/PPの3層構造をした積層体など)、ポリイミド、アラミド、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(PVdF−HFP)等の炭化水素系樹脂、ガラス繊維などからなる微多孔質(微多孔膜)セパレータが挙げられる。   As a separator for a porous sheet made of a polymer or fiber, for example, a microporous (microporous film) can be used. Specific examples of the porous sheet made of the polymer or fiber include polyolefins such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP); a laminate in which a plurality of these are laminated (for example, three layers of PP / PE / PP) And a microporous (microporous membrane) separator made of a hydrocarbon resin such as polyimide, aramid, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP), glass fiber, and the like.

微多孔質(微多孔膜)セパレータの厚みとして、使用用途により異なることから一義的に規定することはできない。1例を示せば、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)、燃料電池自動車(FCV)などのモータ駆動用二次電池などの用途においては、単層あるいは多層で4〜60μmであることが望ましい。前記微多孔質(微多孔膜)セパレータの微細孔径は、最大で1μm以下(通常、数十nm程度の孔径である)であることが望ましい。   The thickness of the microporous (microporous membrane) separator cannot be uniquely defined because it varies depending on the intended use. For example, in applications such as secondary batteries for driving motors such as electric vehicles (EV), hybrid electric vehicles (HEV), and fuel cell vehicles (FCV), it is 4 to 60 μm in a single layer or multiple layers. Is desirable. The fine pore diameter of the microporous (microporous membrane) separator is desirably 1 μm or less (usually a pore diameter of about several tens of nm).

不織布セパレータとしては、綿、レーヨン、アセテート、ナイロン、ポリエステル;PP、PEなどのポリオレフィン;ポリイミド、アラミドなど従来公知のものを、単独または混合して用いる。また、不織布のかさ密度は、含浸させた高分子ゲル電解質により十分な電池特性が得られるものであればよく、特に制限されるべきものではない。   As the nonwoven fabric separator, cotton, rayon, acetate, nylon, polyester; polyolefins such as PP and PE; conventionally known ones such as polyimide and aramid are used alone or in combination. The bulk density of the nonwoven fabric is not particularly limited as long as sufficient battery characteristics can be obtained by the impregnated polymer gel electrolyte.

前記不織布セパレータの空孔率は50〜90%であることが好ましい。さらに、不織布セパレータの厚さは、電解質層と同じであればよく、好ましくは5〜200μmであり、特に好ましくは10〜100μmである。   The nonwoven fabric separator preferably has a porosity of 50 to 90%. Furthermore, the thickness of the nonwoven fabric separator may be the same as that of the electrolyte layer, preferably 5 to 200 μm, particularly preferably 10 to 100 μm.

ここで、セパレータは、樹脂多孔質基体の少なくとも一方の面に耐熱絶縁層が積層されたセパレータであってもよい。耐熱絶縁層は、無機粒子およびバインダーを含むセラミック層である。耐熱絶縁層を有することによって、温度上昇の際に増大するセパレータの内部応力が緩和されるため熱収縮抑制効果が得られうる。また、耐熱絶縁層を有することによって、耐熱絶縁層付セパレータの機械的強度が向上し、セパレータの破膜が起こりにくい。さらに、熱収縮抑制効果および機械的強度の高さから、電気デバイスの製造工程でセパレータがカールしにくくなる。また、上記セラミック層は、発電要素からのガスの放出性を向上させるためのガス放出手段としても機能しうるため、好ましい。   Here, the separator may be a separator in which a heat-resistant insulating layer is laminated on at least one surface of the resin porous substrate. The heat-resistant insulating layer is a ceramic layer containing inorganic particles and a binder. By having the heat-resistant insulating layer, the internal stress of the separator that increases when the temperature rises is relieved, so that the effect of suppressing thermal shrinkage can be obtained. Moreover, by having a heat-resistant insulating layer, the mechanical strength of the separator with a heat-resistant insulating layer is improved, and it is difficult for the separator to break. Furthermore, the separator is less likely to curl in the electrical device manufacturing process due to the effect of suppressing thermal shrinkage and high mechanical strength. Further, the ceramic layer is preferable because it can also function as a gas releasing means for improving the gas releasing property from the power generation element.

また、本実施形態において、セパレータは、電解液を保持する。電解液としては、液体電解質またはゲルポリマー電解質が用いられる。これらの電解液は、リチウムイオンのキャリヤーとしての機能を有する。   Moreover, in this embodiment, a separator hold | maintains electrolyte solution. A liquid electrolyte or a gel polymer electrolyte is used as the electrolytic solution. These electrolytic solutions have a function as a lithium ion carrier.

液体電解質は、有機溶媒にリチウム塩が溶解した形態を有する。用いられる有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート等のカーボネート類が例示される。また、リチウム塩としては、Li(CFSON、Li(CSON、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiTaF、LiCFSO等の電極の活物質層に添加されうる化合物が同様に採用されうる。 The liquid electrolyte has a form in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent. Examples of the organic solvent used include carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), and ethyl methyl carbonate. As the lithium salt, Li (CF 3 SO 2) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2) 2 N, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiTaF such 6, LiCF 3 SO 3 A compound that can be added to the active material layer of the electrode can be similarly employed.

また、本実施形態において、電解液は、電極保護剤を含む。「電極保護剤」とは、電極を保護する(電極の劣化を防止する)機能を有する剤であり、従来公知の化合物が好適に用いられうる。好ましくは、電極保護剤は、負極活物質の表面にSEI被膜を形成して負極活物質の劣化を防止する機能を有するものである。電極保護剤の具体例としては、例えば、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、ジフルオロエチレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、ジメチルビニレンカーボネート、フェニルビニレンカーボネート、ジフェニルビニレンカーボネート、エチルビニレンカーボネート、ジエチルビニレンカーボネート、1,2−ジビニルエチレンカーボネート、1−メチル−1−ビニルエチレンカーボネート、1−メチル−2−ビニルエチレンカーボネート、1−エチル−1−ビニルエチレンカーボネート、1−エチル−2−ビニルエチレンカーボネート、ビニルビニレンカーボネート、アリルエチレンカーボネート、ビニルオキシメチルエチレンカーボネート、アリルオキシメチルエチレンカーボネート、アクリルオキシメチルエチレンカーボネート、メタクリルオキシメチルエチレンカーボネート、エチニルエチレンカーボネート、プロパルギルエチレンカーボネート、エチニルオキシメチルエチレンカーボネート、プロパルギルオキシエチレンカーボネート、メチレンエチレンカーボネート、1,1−ジメチル−2−メチレンエチレンカーボネートなどが挙げられる。なかでも、特に優れた電極保護作用を有し、サイクル耐久性の向上に寄与しうるものとして、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、ジフルオロエチレンカーボネートが好ましく、ビニレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネートがより好ましい。これらの電極保護剤は、1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が併用されてもよい。   Moreover, in this embodiment, electrolyte solution contains an electrode protective agent. The “electrode protective agent” is an agent having a function of protecting the electrode (preventing electrode deterioration), and a conventionally known compound can be suitably used. Preferably, the electrode protecting agent has a function of preventing the deterioration of the negative electrode active material by forming an SEI film on the surface of the negative electrode active material. Specific examples of the electrode protecting agent include, for example, vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, difluoroethylene carbonate, methyl vinylene carbonate, dimethyl vinylene carbonate, phenyl vinylene carbonate, diphenyl vinylene carbonate, ethyl vinylene carbonate, diethyl vinylene carbonate, 1,2-divinylethylene carbonate, 1-methyl-1-vinylethylene carbonate, 1-methyl-2-vinylethylene carbonate, 1-ethyl-1-vinylethylene carbonate, 1-ethyl-2-vinylethylene carbonate, vinylvinylene Carbonate, allylethylene carbonate, vinyloxymethylethylene carbonate, allyloxymethylethylene car Acrylate, acryloxymethyl ethylene carbonate, methacryloxymethyl ethylene carbonate, ethynyl ethylene carbonate, propargyl ethylene carbonate, ethynyloxymethyl ethylene carbonate, propargyl oxyethylene carbonate, methylene ethylene carbonate, 1,1-dimethyl-2-methylene ethylene carbonate, etc. Can be mentioned. Among these, vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, and difluoroethylene carbonate are preferable as those having particularly excellent electrode protecting action and contributing to improvement in cycle durability, and vinylene carbonate and fluoroethylene carbonate are more preferable. preferable. As for these electrode protective agents, only 1 type may be used independently and 2 or more types may be used together.

また、電極保護剤の他の好ましい形態として、環式スルホン酸エステルが挙げられる。電極保護剤として環式スルホン酸エステルを含むことで、さらに高い寿命性能を得ることができる。環式スルホン酸エステルとしては、下記式(1):   Moreover, cyclic sulfonic acid ester is mentioned as another preferable form of an electrode protective agent. By including a cyclic sulfonic acid ester as an electrode protective agent, higher life performance can be obtained. As the cyclic sulfonate ester, the following formula (1):

式中、
Oは酸素、およびSは硫黄を表し、
A、BおよびDは、それぞれ独立して、単結合、酸素、硫黄、カルボニル基、チオカルボニル基、スルフィニル基、スルホニル基、およびNR基からなる群より選ばれる少なくとも1種の基を表し、この際、Rは、水素原子、一価の脂肪族炭化水素基、一価の脂環式炭化水素基および一価の芳香族炭化水素基からなる群より選ばれる少なくとも1種の基を表し、
、R、RおよびRは、それぞれ独立して、単結合または二価の脂肪族炭化水素基を表す、
で表される化合物であることが好ましい。
Where
O represents oxygen and S represents sulfur;
A, B and D each independently represent at least one group selected from the group consisting of a single bond, oxygen, sulfur, carbonyl group, thiocarbonyl group, sulfinyl group, sulfonyl group, and NR 5 group; In this case, R 5 represents at least one group selected from the group consisting of a hydrogen atom, a monovalent aliphatic hydrocarbon group, a monovalent alicyclic hydrocarbon group, and a monovalent aromatic hydrocarbon group. ,
R 1 , R 2 , R 3 and R 4 each independently represents a single bond or a divalent aliphatic hydrocarbon group,
It is preferable that it is a compound represented by these.

式(1)において、Rは、水素原子、一価の脂肪族炭化水素基、一価の脂環式炭化水素基および一価の芳香族炭化水素基からなる群より選ばれる少なくとも1種の基である。脂肪族炭化水素基としては、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜5、さらに好ましくは炭素数1〜3の直鎖または分岐のアルキル基であり、たとえば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基(アミル基)、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、i−プロピル基、sec−ブチル基、i−ブチル基、t−ブチル基、1−メチルブチル基、1−エチルプロピル基、2−メチルブチル基、ネオペンチル基、1,2−ジメチルプロピル基、1,1−ジメチルプロピル基、1,3−ジメチルブチル基、3,3−ジメチルブチル基、2−エチルブチル基、2−エチル−2−メチルプロピル基、1−メチルヘプチル基、2−エチルヘキシル基、1,5−ジメチルヘキシル基、t−オクチル基などが挙げられる。脂環式炭化水素基としては、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜5、さらに好ましくは炭素数1〜3のシクロアルキル基であり、たとえば、シクロプロピル基、シクロプロピルメチル基、シクロブチル基、シクロブチルメチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロヘキシルプロピル基、シクロドデシル基、ノルボルニル基(C7)、アダマンチル基(C10)、シクロペンチルエチル基などが挙げられる。芳香族炭化水素基としては、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜5、さらに好ましくは炭素数1〜3のアリール基であり、たとえば、フェニル基、アルキルフェニル基、アルキルフェニル基で置換されたフェニル基、ナフチル基などが挙げられる。 In the formula (1), R 5 is at least one selected from the group consisting of a hydrogen atom, a monovalent aliphatic hydrocarbon group, a monovalent alicyclic hydrocarbon group, and a monovalent aromatic hydrocarbon group. It is a group. The aliphatic hydrocarbon group is preferably a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 5 carbon atoms, and still more preferably 1 to 3 carbon atoms. Group, n-propyl group, n-butyl group, n-pentyl group (amyl group), n-hexyl group, n-heptyl group, n-octyl group, n-nonyl group, n-decyl group, i-propyl group , Sec-butyl group, i-butyl group, t-butyl group, 1-methylbutyl group, 1-ethylpropyl group, 2-methylbutyl group, neopentyl group, 1,2-dimethylpropyl group, 1,1-dimethylpropyl group 1,3-dimethylbutyl group, 3,3-dimethylbutyl group, 2-ethylbutyl group, 2-ethyl-2-methylpropyl group, 1-methylheptyl group, 2-ethylhexyl group, 1,5-dimethyl group Hexyl group, t- octyl group. The alicyclic hydrocarbon group is preferably a cycloalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 5 carbon atoms, and still more preferably 1 to 3 carbon atoms. For example, cyclopropyl group, cyclopropylmethyl Group, cyclobutyl group, cyclobutylmethyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, cyclohexylmethyl group, cycloheptyl group, cyclooctyl group, cyclohexylpropyl group, cyclododecyl group, norbornyl group (C7), adamantyl group (C10), cyclopentylethyl Group and the like. The aromatic hydrocarbon group is preferably an aryl group having 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 5 carbon atoms, and still more preferably 1 to 3 carbon atoms. For example, a phenyl group, an alkylphenyl group, an alkylphenyl group. And phenyl group and naphthyl group substituted with a group.

、R、RおよびRは、それぞれ独立して、単結合または二価の脂肪族炭化水素基を表す。二価の脂肪族炭化水素基としては、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜5、さらに好ましくは炭素数1〜3の直鎖または分岐のアルキレン基のいずれでもよく、たとえば、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、イソプロピレン基、テトラメチレン基などが挙げられる。 R 1 , R 2 , R 3 and R 4 each independently represents a single bond or a divalent aliphatic hydrocarbon group. The divalent aliphatic hydrocarbon group is preferably a linear or branched alkylene group having preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 5 carbon atoms, and still more preferably 1 to 3 carbon atoms. , Methylene group, ethylene group, trimethylene group, isopropylene group, tetramethylene group and the like.

また、環式スルホン酸エステルは、下記式(2):   Further, the cyclic sulfonate ester has the following formula (2):

式中、
Zは炭素数1〜5のアルキレン基またはスルホニルアルキレン基である、
で表される化合物であることがより好ましい。式(2)で表される環式スルホン酸エステルとしては、Zがスルホニルアルキレン基(−SO−C2n−)であるジスルホン酸化合物も含む。ジスルホン酸化合物としては、アルキレン基としては、炭素数1〜3がより好ましい。
Where
Z is an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms or a sulfonylalkylene group,
It is more preferable that it is a compound represented by these. The cyclic sulfonic acid ester represented by the formula (2) also includes a disulfonic acid compound in which Z is a sulfonylalkylene group (—SO 2 —C n H 2n —). As a disulfonic acid compound, as an alkylene group, C1-C3 is more preferable.

式(1)または式(2)で表される環式スルホン酸エステルとしては、1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、2,4−ブタンスルトンなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。すなわち、式(1)または式(2)で表される環式スルホン酸エステルとして、スルホニル基を2つ有する環式ジスルホン酸エステルも好ましく用いられる。   Examples of the cyclic sulfonic acid ester represented by the formula (1) or the formula (2) include 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone, 2,4-butane sultone, and the like, but are not limited thereto. It is not a thing. That is, as the cyclic sulfonic acid ester represented by the formula (1) or the formula (2), a cyclic disulfonic acid ester having two sulfonyl groups is also preferably used.

ゲルポリマー電解質は、イオン伝導性ポリマーからなるマトリックスポリマー(ホストポリマー)に、上記の液体電解質が注入されてなる構成を有する。電解液としてゲルポリマー電解質を用いることで電解質の流動性がなくなり、各層間のイオン伝導性を遮断することが容易になる点で優れている。マトリックスポリマー(ホストポリマー)として用いられるイオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、およびこれらの共重合体等が挙げられる。かようなポリアルキレンオキシド系ポリマーには、リチウム塩などの電解質塩がよく溶解しうる。   The gel polymer electrolyte has a configuration in which the liquid electrolyte is injected into a matrix polymer (host polymer) made of an ion conductive polymer. By using a gel polymer electrolyte as the electrolytic solution, the fluidity of the electrolyte is lost, and it is excellent in that it is easy to block the ion conductivity between the respective layers. Examples of the ion conductive polymer used as the matrix polymer (host polymer) include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof. In such polyalkylene oxide polymers, electrolyte salts such as lithium salts can be well dissolved.

ゲル電解質のマトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発現しうる。架橋構造を形成させるには、適当な重合開始剤を用いて、高分子電解質形成用の重合性ポリマー(例えば、PEOやPPO)に対して熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合等の重合処理を施せばよい。   The matrix polymer of gel electrolyte can express excellent mechanical strength by forming a crosslinked structure. In order to form a crosslinked structure, thermal polymerization, ultraviolet polymerization, radiation polymerization, electron beam polymerization, etc. are performed on a polymerizable polymer (for example, PEO or PPO) for forming a polymer electrolyte using an appropriate polymerization initiator. A polymerization treatment may be performed.

[集電体]
集電体を構成する材料に特に制限はないが、好適には金属が用いられる。
[Current collector]
There is no particular limitation on the material constituting the current collector, but a metal is preferably used.

具体的には、金属としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス、チタン、銅、その他合金等などが挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、またはこれらの金属の組み合わせのめっき材などが好ましく用いられうる。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。なかでも、電子伝導性や電池作動電位の観点からは、アルミニウム、ステンレス、銅が好ましい。   Specifically, examples of the metal include aluminum, nickel, iron, stainless steel, titanium, copper, and other alloys. In addition to these, a clad material of nickel and aluminum, a clad material of copper and aluminum, or a plating material of a combination of these metals can be preferably used. Moreover, the foil by which aluminum is coat | covered on the metal surface may be sufficient. Of these, aluminum, stainless steel, and copper are preferable from the viewpoints of electronic conductivity and battery operating potential.

集電体の大きさは、電池の使用用途に応じて決定される。例えば、高エネルギー密度が要求される大型の電池に用いられるのであれば、面積の大きな集電体が用いられる。集電体の厚さについても特に制限はない。集電体の厚さは、通常は1〜100μm程度である。   The size of the current collector is determined according to the intended use of the battery. For example, if it is used for a large battery that requires a high energy density, a current collector having a large area is used. There is no particular limitation on the thickness of the current collector. The thickness of the current collector is usually about 1 to 100 μm.

[正極集電板および負極集電板]
集電板(25、27)を構成する材料は、特に制限されず、リチウムイオン二次電池用の集電板として従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。集電板の構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等の金属材料が好ましい。軽量、耐食性、高導電性の観点から、より好ましくはアルミニウム、銅であり、特に好ましくはアルミニウムである。なお、正極集電板27と負極集電板25とでは、同一の材料が用いられてもよいし、異なる材料が用いられてもよい。
[Positive electrode current collector and negative electrode current collector]
The material which comprises a current collector plate (25, 27) is not restrict | limited in particular, The well-known highly electroconductive material conventionally used as a current collector plate for lithium ion secondary batteries can be used. As a constituent material of the current collector plate, for example, metal materials such as aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof are preferable. From the viewpoint of light weight, corrosion resistance, and high conductivity, aluminum and copper are more preferable, and aluminum is particularly preferable. In addition, the same material may be used for the positive electrode current collecting plate 27 and the negative electrode current collecting plate 25, and different materials may be used.

[正極リードおよび負極リード]
また、図示は省略するが、集電体11と集電板(25、27)との間を正極リードや負極リードを介して電気的に接続してもよい。正極および負極リードの構成材料としては、公知のリチウムイオン二次電池において用いられる材料が同様に採用されうる。なお、外装から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品(例えば、自動車部品、特に電子機器等)に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆することが好ましい。
[Positive lead and negative lead]
Moreover, although illustration is abbreviate | omitted, you may electrically connect between the collector 11 and the current collector plates (25, 27) via a positive electrode lead or a negative electrode lead. As a constituent material of the positive electrode and the negative electrode lead, materials used in known lithium ion secondary batteries can be similarly employed. In addition, heat-shrinkable heat-shrinkable parts are removed from the exterior so that they do not affect products (for example, automobile parts, especially electronic devices) by touching peripheral devices or wiring and causing leakage. It is preferable to coat with a tube or the like.

[外装体]
外装体は、その内部に発電要素を封入する部材であり、発電要素を覆うことができる、アルミニウムを含むラミネートフィルムを用いた袋状のケースなどが用いられうる。該ラミネートフィルムとしては、例えば、PP、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる3層構造のラミネートフィルム等を用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。高出力化や冷却性能に優れ、EV、HEV用の大型機器用電池に好適に利用することができるという観点から、ラミネートフィルムが望ましい。また、外部から掛かる発電要素への群圧を容易に調整することができることから、外装体はアルミニウムを含むラミネートフィルムがより好ましい。
[Exterior body]
The exterior body is a member that encloses the power generation element therein, and a bag-like case using a laminate film containing aluminum that can cover the power generation element can be used. As the laminate film, for example, a laminate film having a three-layer structure in which PP, aluminum, and nylon are laminated in this order can be used, but is not limited thereto. A laminate film is desirable from the viewpoint that it is excellent in high output and cooling performance, and can be suitably used for a battery for large equipment for EV and HEV. Moreover, since the group pressure to the electric power generation element applied from the outside can be adjusted easily, the exterior body is more preferably a laminate film containing aluminum.

本実施形態において、外装体であるラミネートフィルム29の内容積は発電要素21を封入できるように、発電要素21の容積よりも大きくなるように構成されている。言い換えれば、本実施形態において、発電要素21は、上述した電解液(電極保護剤を含む)とともに、外装体であるラミネートフィルム29の内部に余剰空間(図2に示す符号30)が存在するように封入されている。ここで、外装体の内容積とは、外装体で封止した後の真空引きを行う前の外装体内の容積を指す。また、発電要素の容積とは、発電要素が空間的に占める部分の容積であり、発電要素内の空孔部を含む。外装体の内容積が発電要素の容積よりも大きいことで、加圧装置4により二次電池10に印加される外部圧力が減少したときには、電解液に含まれる電極保護剤が発電要素21の内部(電極間)へと移動して、電極を保護する機能が発揮される傾向となる。逆に、加圧装置4により二次電池10に印加される外部圧力が増加したときには、電極保護剤が発電要素21の内部(電極間)から余剰空間30へと移動して、電極を保護する機能が発揮されない傾向となる。   In the present embodiment, the inner volume of the laminate film 29 which is an exterior body is configured to be larger than the volume of the power generation element 21 so that the power generation element 21 can be enclosed. In other words, in the present embodiment, the power generation element 21 has an excess space (reference numeral 30 shown in FIG. 2) inside the laminate film 29 that is an exterior body together with the above-described electrolyte (including the electrode protective agent). Is enclosed. Here, the internal volume of the exterior body refers to the volume in the exterior body before vacuuming after sealing with the exterior body. The volume of the power generation element is the volume of the space occupied by the power generation element, and includes a hole in the power generation element. When the external pressure applied to the secondary battery 10 by the pressurizing device 4 decreases due to the inner volume of the exterior body being larger than the volume of the power generation element, the electrode protective agent contained in the electrolyte solution is contained inside the power generation element 21. It moves to (between electrodes) and tends to exhibit the function of protecting the electrodes. Conversely, when the external pressure applied to the secondary battery 10 by the pressurizer 4 increases, the electrode protective agent moves from the inside of the power generation element 21 (between the electrodes) to the surplus space 30 to protect the electrodes. There is a tendency that the function is not exhibited.

自動車用途などにおいては、昨今、大型化された電池が求められている。そして、電極保護剤を有効に機能させることによって数百サイクルものサイクル耐久性を向上させるという本願発明の効果は、負極活物質の表面における被膜(SEI)の形成量の多い大面積電池の場合に、より効果的に発現しうる。したがって、本発明において、電池構造体が大型であることが本発明の効果がより発揮されるという意味で好ましい。具体的には、負極活物質層が長方形状であり、当該長方形の短辺の長さが100mm以上であることが好ましい。かような大型の電池は、車両用途に用いることができる。ここで、負極活物質層の短辺の長さとは、各電極の中で最も長さが短い辺を指す。電池構造体の短辺の長さの上限は特に限定されるものではないが、通常250mm以下である。   In automobile applications and the like, recently, a large-sized battery is required. The effect of the present invention of improving the cycle durability of several hundred cycles by effectively functioning the electrode protective agent is effective in the case of a large area battery with a large amount of coating (SEI) formed on the surface of the negative electrode active material. Can be expressed more effectively. Therefore, in this invention, it is preferable in the meaning that the effect of this invention is exhibited more that a battery structure is large sized. Specifically, the negative electrode active material layer is preferably rectangular, and the length of the short side of the rectangle is preferably 100 mm or more. Such a large battery can be used for vehicle applications. Here, the length of the short side of the negative electrode active material layer refers to the side having the shortest length among the electrodes. The upper limit of the length of the short side of the battery structure is not particularly limited, but is usually 250 mm or less.

また、電極の物理的な大きさの観点とは異なる、大型化電池の観点として、電池面積や電池容量の関係から電池の大型化を規定することもできる。例えば、扁平積層型ラミネート電池の場合には、定格容量に対する電池面積(電池外装体まで含めた電池の投影面積の最大値)の比の値が5cm/Ah以上であり、かつ、定格容量が3Ah以上である電池においては、数百サイクルものサイクル数の充放電を繰り返した際の放電容量の低下が顕在化しやすい。したがって、本形態に係るリチウムイオン二次電池は、上述したような大型化された電池であることが、本願発明の作用効果の発現によるメリットがより大きいという点で、好ましい。さらに、矩形状の電極のアスペクト比は1〜3であることが好ましく、1〜2であることがより好ましい。なお、電極のアスペクト比は矩形状の正極活物質層の縦横比として定義される。アスペクト比をかような範囲とすることで、充放電時に発生したガスを面方向に均一に排出することが可能となり、当該ガスの発生に起因する種々の問題の発生を防止できるという利点がある。 Further, as a viewpoint of a large-sized battery, which is different from the viewpoint of the physical size of the electrode, it is possible to regulate the size of the battery from the relationship between the battery area and the battery capacity. For example, in the case of a flat laminated battery, the value of the ratio of the battery area to the rated capacity (the maximum value of the projected area of the battery including the battery outer casing) is 5 cm 2 / Ah or more, and the rated capacity is In a battery having a capacity of 3 Ah or more, a decrease in discharge capacity tends to become apparent when charging / discharging of several hundred cycles is repeated. Therefore, it is preferable that the lithium ion secondary battery according to the present embodiment is a battery having a large size as described above, from the viewpoint that the merit due to the manifestation of the effects of the present invention is greater. Furthermore, the aspect ratio of the rectangular electrode is preferably 1 to 3, and more preferably 1 to 2. The electrode aspect ratio is defined as the aspect ratio of the rectangular positive electrode active material layer. By setting the aspect ratio in such a range, it is possible to uniformly discharge the gas generated during charging / discharging in the surface direction and to prevent various problems caused by the generation of the gas. .

再び図1を参照して、二次電池10は負荷50に接続されており、その回路途中には負荷50に供給する電流を直流から交流に変換するためのインバータ51が介在している。そして二次電池10から負荷50への回路上には、電流計31が直列に接続され、また、電圧計32が並列に接続されている。電流計31および電圧計32はコントローラ3に接続されており、それぞれの測定値がコントローラ3に入力される。二次電池10からの出力端には、コントローラ3からの指令により開閉するリレースイッチ33が設けられている。このリレースイッチ33は二次電池10の開路電圧、閉路電圧を計測するために回路の開閉を行う。開路電圧は負荷50が接続されていない状態の電圧であり(開放電圧ともいう)、閉路電圧は負荷50が接続された状態の電圧である。また、二次電池10の外部(下部)には外部圧力センサ34が配置されている。外部圧力センサ34は、加圧装置4によって二次電池10に印加される外部圧力Pを検出する装置(外部圧力検出手段)である。この外部圧力センサ34もコントローラ3に接続されており、検出した外部圧力Pの信号をコントローラ3に出力する。なお、外部圧力センサ34としては、例えば、tekscan社製フィルム式圧力分布計測システムなどを用いることができるが、これに限定されることはない。このように、外部圧力センサ34を用いて外部圧力を検出し、この検出値に基づいて制御手段による制御を行うことで、より適した外部圧力を二次電池10に印加することが可能となる。ただし、外部圧力センサ34のような外部圧力検出手段の使用は必須ではない。   Referring to FIG. 1 again, the secondary battery 10 is connected to a load 50, and an inverter 51 for converting the current supplied to the load 50 from direct current to alternating current is interposed in the circuit. On the circuit from the secondary battery 10 to the load 50, an ammeter 31 is connected in series, and a voltmeter 32 is connected in parallel. The ammeter 31 and the voltmeter 32 are connected to the controller 3, and each measured value is input to the controller 3. A relay switch 33 that opens and closes in response to a command from the controller 3 is provided at an output terminal from the secondary battery 10. This relay switch 33 opens and closes the circuit in order to measure the open circuit voltage and the closed circuit voltage of the secondary battery 10. The open circuit voltage is a voltage when the load 50 is not connected (also referred to as an open voltage), and the closed circuit voltage is a voltage when the load 50 is connected. In addition, an external pressure sensor 34 is disposed outside (lower) the secondary battery 10. The external pressure sensor 34 is a device (external pressure detecting means) that detects the external pressure P applied to the secondary battery 10 by the pressurizing device 4. This external pressure sensor 34 is also connected to the controller 3 and outputs a signal of the detected external pressure P to the controller 3. In addition, as the external pressure sensor 34, for example, a film type pressure distribution measuring system manufactured by tekscan can be used, but the invention is not limited thereto. As described above, it is possible to apply a more appropriate external pressure to the secondary battery 10 by detecting the external pressure using the external pressure sensor 34 and performing control by the control unit based on the detected value. . However, the use of external pressure detection means such as the external pressure sensor 34 is not essential.

さらに、この回路には補助電源35が設けられている。この補助電源35は、たとえば、回路全体が単独で動作しているときには二次電池(蓄電池)でもよいし、一次電池でもよい。また、この回路が外部電源に接続された際、たとえば二次電池10を充電するために外部電源に接続された際には、その外部電源が補助電源35となる。   Furthermore, an auxiliary power source 35 is provided in this circuit. The auxiliary power source 35 may be, for example, a secondary battery (storage battery) or a primary battery when the entire circuit is operating alone. When this circuit is connected to an external power source, for example, when connected to an external power source to charge the secondary battery 10, the external power source becomes the auxiliary power source 35.

この補助電源35は、二次電池10の残存容量が低下した際に、コントローラ3および加圧装置4を動作させるための電源となる。なお、通常時、二次電池10の残存容量がコントローラ3および加圧装置4を動作させるために必要な量以上あるときには、二次電池10がコントローラ3および加圧装置4を動作させるための電源となる。   The auxiliary power source 35 is a power source for operating the controller 3 and the pressurizing device 4 when the remaining capacity of the secondary battery 10 decreases. When the remaining capacity of the secondary battery 10 is more than the amount necessary for operating the controller 3 and the pressurizing device 4 at normal times, the power source for the secondary battery 10 to operate the controller 3 and the pressurizing device 4 is used. It becomes.

一方、加圧装置4は、図3および図4に示すように、下板42および上板43の間に、可動する規制板41を備えている。そして、下板42および規制板41は、二次電池10を挟み込んで当該二次電池10に外部圧力Pを印加している。下板42および上板43はボルトナット44によって接続され、固定されている。一方、規制板41の四隅にはボールねじ45が設けられている。なお、図3および図4において、二次電池10の正極集電板25および負極集電板27(図2参照)については図示を省略した。   On the other hand, as shown in FIGS. 3 and 4, the pressure device 4 includes a movable regulating plate 41 between the lower plate 42 and the upper plate 43. The lower plate 42 and the regulation plate 41 sandwich the secondary battery 10 and apply an external pressure P to the secondary battery 10. The lower plate 42 and the upper plate 43 are connected and fixed by bolts and nuts 44. On the other hand, ball screws 45 are provided at the four corners of the restriction plate 41. 3 and 4, illustration of the positive electrode current collector plate 25 and the negative electrode current collector plate 27 (see FIG. 2) of the secondary battery 10 is omitted.

ボールねじ45のねじ軸46は、下板42および上板43に対して回転自在に取り付けられている。上板43からは、ねじ軸46の一部が突出している。この突出部分に、ギア(不図示)が噛み合されてモータ48に接続されている。一方、規制板41には、ボールねじ45のナット部47が固定されている。規制板41は、この4つのボールねじ45のねじ軸46がモータ48によって回転させられることにより上板43と下板42との間でその位置が移動する。これにより、二次電池10に印加される外部圧力Pが変わる。   A screw shaft 46 of the ball screw 45 is rotatably attached to the lower plate 42 and the upper plate 43. A part of the screw shaft 46 protrudes from the upper plate 43. A gear (not shown) is engaged with the protruding portion and connected to the motor 48. On the other hand, the nut portion 47 of the ball screw 45 is fixed to the restriction plate 41. The position of the restricting plate 41 is moved between the upper plate 43 and the lower plate 42 when the screw shafts 46 of the four ball screws 45 are rotated by the motor 48. Thereby, the external pressure P applied to the secondary battery 10 changes.

ここで、モータ48は4つのボールねじ45を同期して動作するように、エンコーダ付きのサーボモータやステッピングモータなどを使用することが好ましい。コントローラ3はエンコーダからの信号により規制板41の位置を把握するとともに、4つのボールねじ45を同期させて、規制板41が傾いたりせずに移動させるようにしている。そして、このように設けられた規制板41の位置がコントローラ3からの指令により動くことで、下板42と規制板41との間隔が変わり、外部圧力Pを間接的に調整している。   Here, it is preferable to use a servo motor with an encoder, a stepping motor or the like so that the motor 48 operates in synchronization with the four ball screws 45. The controller 3 grasps the position of the restricting plate 41 based on a signal from the encoder and synchronizes the four ball screws 45 so that the restricting plate 41 is moved without being tilted. Then, the position of the restriction plate 41 provided in this way moves according to a command from the controller 3, so that the interval between the lower plate 42 and the restriction plate 41 changes and the external pressure P is indirectly adjusted.

なお、加圧装置4の機構(ここでは、上板43と下板42を固定するボルトナット44や、ボールねじ45、モータ48、ギアなどの機械的機構)は、上記で説明した構成に限定されるものではない。このような機構は二次電池10を挟んでこれに印加される外部圧力Pを制御(調整)できるものであればどのような構成であってもよい。例えば、ボールねじ45に代えて、単純な送りねじを採用してもよい。また、ボールねじ45や送りねじなどのねじ機構以外にも、空気圧シリンダや油圧シリンダを用いて規制板41を移動するようにしてもよい。さらに、上板43および下板42を固定するボルトナット44も、これに代えて、上板43と下板42を側壁面で固定するようにしてもよいし、内部に可動する規制板41を備えた缶体構造とすることもできる。さらには、二次電池をステンレス鋼等から構成されるモジュール缶の内部に配置し、当該モジュール缶に接続された加圧装置を用いて缶の内部圧力を調整することによって二次電池10に外部圧力を印加する加圧手段を採用してもよい。   Note that the mechanism of the pressurizing device 4 (here, a mechanical mechanism such as a bolt nut 44 for fixing the upper plate 43 and the lower plate 42, a ball screw 45, a motor 48, a gear) is limited to the configuration described above. Is not to be done. Such a mechanism may have any configuration as long as the external pressure P applied to the secondary battery 10 can be controlled (adjusted). For example, instead of the ball screw 45, a simple feed screw may be adopted. In addition to the screw mechanism such as the ball screw 45 and the feed screw, the restriction plate 41 may be moved using a pneumatic cylinder or a hydraulic cylinder. Further, the bolt nut 44 for fixing the upper plate 43 and the lower plate 42 may be replaced with the upper plate 43 and the lower plate 42 by the side wall surface, or the restriction plate 41 movable inside may be provided. It can also be set as the can body structure provided. Furthermore, the secondary battery is placed inside a module can made of stainless steel or the like, and the internal pressure of the can is adjusted using a pressurizing device connected to the module can. A pressurizing unit that applies pressure may be employed.

コントローラ3は、入力された電流値、電圧値、および時間から得られる二次電池10の残存容量、開路電圧、閉路電圧の少なくともいずれかから規制板41の位置を制御するための二次電池10のSOCを算出するSOC算出手段としても機能する。このようなコントローラ3は、例えばCPU(Central Processing Unit)から構成されうる。   The controller 3 controls the position of the regulation plate 41 from at least one of the remaining capacity, open circuit voltage, and closed circuit voltage of the secondary battery 10 obtained from the input current value, voltage value, and time. It also functions as an SOC calculation means for calculating the SOC. Such a controller 3 can be composed of, for example, a CPU (Central Processing Unit).

次に、以上のように構成された二次電池システムの制御について説明する。   Next, control of the secondary battery system configured as described above will be described.

本実施形態における二次電池システムの制御の基本は、充放電時における二次電池10のSOCに応じて、加圧装置4が印加する外部圧力Pを調整するものである。   The basic control of the secondary battery system in the present embodiment is to adjust the external pressure P applied by the pressurizing device 4 according to the SOC of the secondary battery 10 during charging and discharging.

「SOC(State Of Charge)」とは、満充電状態における容量と現在時点における容量との比をいう。このSOCの算出(推定)方法は様々である。例えば、開路電圧と電池の内部抵抗から推定する方法、電流値を時間積分する方法などである。二次電池システムに負荷50が接続された状態でもSOCを求めることができるようにするためには、電流値を時間積分する方法を採用する必要がある。具体的には、満充電から取り出すことのできる電流量(電流×時間)をあらかじめ求めておいて、そこから、放電および充電を行った電流値と放電時間とを積算したものを減じる(または加える)ことにより簡単に残存容量を求めることができる。つまり、電池残存容量(SOC)=初期容量±電流値×時間となる。ここで、±の符号は、充電時は+、放電時は−となる。なお、SOCについては、満充電時が100%となるように満充電が行われるたびに補正することが好ましい。なお、SOCの算出(推定)は、このような方法に限らず、その他の方法を使用してもよい。   “SOC (State Of Charge)” refers to the ratio of the capacity in a fully charged state to the capacity at the current time point. There are various methods for calculating (estimating) this SOC. For example, there are a method of estimating from the open circuit voltage and the internal resistance of the battery, a method of time integrating the current value, and the like. In order to be able to obtain the SOC even when the load 50 is connected to the secondary battery system, it is necessary to employ a method of integrating the current value over time. Specifically, an amount of current (current × time) that can be taken out from a full charge is obtained in advance, and from that, the sum of the value of discharge and charge and the discharge time is subtracted (or added). ), The remaining capacity can be easily obtained. That is, battery remaining capacity (SOC) = initial capacity ± current value × time. Here, the sign of ± is + at the time of charging and − at the time of discharging. In addition, about SOC, it is preferable to correct | amend every time full charge is performed so that the time of full charge may be 100%. The calculation (estimation) of the SOC is not limited to such a method, and other methods may be used.

次に、図5に示す二次電池システムの制御手順を示すフローチャートを参照しつつ、本実施形態に係る二次電池システムの制御手順を説明する。   Next, the control procedure of the secondary battery system according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart showing the control procedure of the secondary battery system shown in FIG.

まず、ステップS101において、コントローラ3は、二次電池10のSOCを算出する。   First, in step S101, the controller 3 calculates the SOC of the secondary battery 10.

続いて、コントローラ3は、算出した二次電池10のSOCに基づき、必要に応じて、加圧装置4の下板42と規制板41との間隔を制御することにより、加圧装置4が印加する外部圧力Pを調整する。この点について、以下に詳細に説明する。   Subsequently, based on the calculated SOC of the secondary battery 10, the controller 3 controls the distance between the lower plate 42 and the regulation plate 41 of the pressure device 4 as necessary, so that the pressure device 4 applies The external pressure P to be adjusted is adjusted. This point will be described in detail below.

ステップS102において、コントローラ3は、算出した二次電池10のSOCが、予め定められた所定値(SOC1)以上の値であるか否かを判断する。この所定値(SOC1)は、二次電池の構造や材料等の種類に応じて適宜設定されうるが、例えば3〜5%である。本発明者らは、このように極めて小さいSOCの閾値を下回ったときに、電極の劣化が進行しやすいことを見出したのである。そして、この条件を満たす(すなわち、SOC≧SOC1である)場合(例えば、満充電状態から放電がなされ、放電容量がある程度残存している場合など)には、このステップにおいてYESと判断され、ステップS103に進む。一方、この条件を満たさない(すなわち、SOC<SOC1である)場合(例えば、放電時において、SOCが徐々に低下し、SOC1を下回った場合など)には、このステップにおいてNOと判断され、ステップS104に進む。   In step S102, the controller 3 determines whether or not the calculated SOC of the secondary battery 10 is equal to or greater than a predetermined value (SOC1). The predetermined value (SOC1) can be appropriately set according to the type of the structure and material of the secondary battery, and is 3 to 5%, for example. The inventors of the present invention have found that when the threshold value of the SOC is extremely small, the deterioration of the electrode is likely to proceed. When this condition is satisfied (that is, SOC ≧ SOC1) (for example, when the battery is discharged from the fully charged state and the discharge capacity remains to some extent), it is determined YES in this step, and the step The process proceeds to S103. On the other hand, when this condition is not satisfied (that is, SOC <SOC1) (for example, when the SOC gradually decreases and falls below SOC1 during discharge), NO is determined in this step, and step The process proceeds to S104.

ステップS102においてYESと判断されると、ステップS103において、コントローラ3は、外部圧力センサ34が検出した外部圧力Pが、予め定められた所定範囲(第1所定範囲)内の値であるか否かを判断する。ここで、この第1所定範囲は、SOC≧SOC1である場合に適した比較的大きめの外部圧力の範囲であり、二次電池10の発電要素の積層方向の圧力として、好ましくは0.4〜1.5kgf/cmに設定することができる。ステップS103において、この条件を満たす(すなわち、外部圧力Pが第1所定範囲内の値である)場合、このステップにおいてYESと判断され、ステップS101に戻る。一方、この条件を満たさない(すなわち、外部圧力Pが第1所定範囲を外れる)場合、このステップにおいてNOと判断され、ステップS105に進む。 If YES is determined in step S102, in step S103, the controller 3 determines whether or not the external pressure P detected by the external pressure sensor 34 is a value within a predetermined range (first predetermined range). Judging. Here, the first predetermined range is a relatively large external pressure range suitable for the case of SOC ≧ SOC1, and the pressure in the stacking direction of the power generation elements of the secondary battery 10 is preferably 0.4 to. It can be set to 1.5 kgf / cm 2 . In step S103, when this condition is satisfied (that is, the external pressure P is a value within the first predetermined range), YES is determined in this step, and the process returns to step S101. On the other hand, if this condition is not satisfied (that is, the external pressure P is outside the first predetermined range), NO is determined in this step, and the process proceeds to step S105.

ステップS103においてNOと判断されると、ステップS105において、コントローラ3は、加圧装置4を制御して、加圧装置4が印加する外部圧力Pを調整する。具体的には、加圧装置4の下板42と規制板41との間隔を制御することにより、外部圧力Pが第1所定範囲内の値となるように調整する。ステップS105において、外部圧力Pの調整が終了すると、ステップS106に進む。   If NO is determined in step S103, in step S105, the controller 3 controls the pressure device 4 to adjust the external pressure P applied by the pressure device 4. Specifically, the external pressure P is adjusted to be a value within the first predetermined range by controlling the distance between the lower plate 42 and the regulating plate 41 of the pressurizing device 4. When the adjustment of the external pressure P is completed in step S105, the process proceeds to step S106.

一方、ステップS102においてNOと判断されると、ステップS104において、コントローラ3は、外部圧力センサ34が検出した外部圧力Pが、予め定められた所定範囲(第2所定範囲)内の値であるか否かを判断する。ここで、この第2所定範囲は、SOC<SOC1である場合に適した比較的小さめの外部圧力の範囲であり、二次電池10の発電要素の積層方向の圧力として、好ましくは0.1kgf/cm以上0.4kgf/cm未満に設定することができる。ステップS104において、この条件を満たす(すなわち、外部圧力Pが第2所定範囲内の値である)場合、このステップにおいてYESと判断され、ステップS101に戻る。一方、この条件を満たさない(すなわち、外部圧力Pが第2所定範囲を外れる)場合、このステップにおいてNOと判断され、ステップS105に進む。 On the other hand, if NO is determined in step S102, in step S104, the controller 3 determines whether or not the external pressure P detected by the external pressure sensor 34 is a value within a predetermined range (second predetermined range). Judge whether or not. Here, the second predetermined range is a range of a relatively small external pressure suitable when SOC <SOC1, and the pressure in the stacking direction of the power generation elements of the secondary battery 10 is preferably 0.1 kgf / It can be set to cm 2 or more and less than 0.4 kgf / cm 2 . In step S104, if this condition is satisfied (that is, the external pressure P is a value within the second predetermined range), YES is determined in this step, and the process returns to step S101. On the other hand, if this condition is not satisfied (that is, the external pressure P is outside the second predetermined range), NO is determined in this step, and the process proceeds to step S105.

ステップS104においてNOと判断されると、ステップS105において、コントローラ3は、加圧装置4を制御して、加圧装置4が印加する外部圧力Pを調整する。具体的には、加圧装置4の下板42と規制板41との間隔を制御することにより、外部圧力Pが第2所定範囲内の値となるように調整する。ステップS105において、外部圧力Pの調整が終了すると、ステップS106に進む。   If NO is determined in step S104, in step S105, the controller 3 controls the pressurizing device 4 to adjust the external pressure P applied by the pressurizing device 4. Specifically, the external pressure P is adjusted to a value within the second predetermined range by controlling the distance between the lower plate 42 and the regulating plate 41 of the pressurizing device 4. When the adjustment of the external pressure P is completed in step S105, the process proceeds to step S106.

ステップS106において、コントローラ3は、二次電池10の充放電が終了したか否か(二次電池10が充電状態または放電状態にあるか否か)を判断する。この条件を満たす(すなわち、二次電池10が充電状態にも放電状態にもない)場合、本実施形態に係る二次電池システムの制御は終了する。一方、この条件を満たさない(すなわち、二次電池10が充電状態または放電状態にある)場合、本実施形態に係る二次電池システムの制御を継続するため、ステップS101に戻る。なお、二次電池10の充放電が終了したか否かは、任意の手法により判断することができる。例えば、放電時においては、電流計31からコントローラ3に入力される電流の測定値がゼロとなったときに、放電が終了したと判断することができる。ただし、かような形態のみに限定されるわけではない。   In step S106, the controller 3 determines whether charging / discharging of the secondary battery 10 is completed (whether the secondary battery 10 is in a charged state or a discharged state). When this condition is satisfied (that is, the secondary battery 10 is neither in a charged state nor a discharged state), the control of the secondary battery system according to the present embodiment is finished. On the other hand, when this condition is not satisfied (that is, the secondary battery 10 is in a charged state or a discharged state), the control returns to step S101 in order to continue control of the secondary battery system according to the present embodiment. In addition, it can be determined by arbitrary methods whether charging / discharging of the secondary battery 10 was complete | finished. For example, at the time of discharging, it can be determined that the discharging has ended when the measured value of the current input from the ammeter 31 to the controller 3 becomes zero. However, it is not necessarily limited to such a form.

上述したように、本発明者らの検討によれば、いわゆるラミネート電池におけるサイクル耐久性の低下の原因が、電池のSOCが数%と小さい領域(低SOC領域)における活物質層の劣化にあることが見出された。この知見に基づき、本実施形態に係る非水電解質二次電池システムでは、二次電池10のSOCが所定値以上である(SOC≧SOC1である)ときには、外部圧力Pが比較的大きめの範囲(例えば、0.4〜1.5kgf/cm)に調整される。これにより、電解液に含まれる電極保護剤が発電要素21の内部(電極間)から余剰空間30へと移動して、電極を保護する機能が発揮されない傾向となる。その結果、SOC≧SOC1のとき(活物質層はそれほど劣化しないため、電極保護剤の機能が発揮される必要はない)には、電極保護剤の無駄な消費が抑えられ、電極保護剤の有効活用が可能となる。 As described above, according to the study by the present inventors, the cause of the decrease in the cycle durability in the so-called laminate battery is the deterioration of the active material layer in a region where the SOC of the battery is as small as several percent (low SOC region). It was found. Based on this knowledge, in the nonaqueous electrolyte secondary battery system according to the present embodiment, when the SOC of the secondary battery 10 is equal to or higher than a predetermined value (SOC ≧ SOC1), the external pressure P is in a relatively large range ( For example, it is adjusted to 0.4 to 1.5 kgf / cm 2 ). Thereby, the electrode protective agent contained in the electrolytic solution tends to move from the inside of the power generation element 21 (between the electrodes) to the surplus space 30 and the function of protecting the electrodes is not exhibited. As a result, when SOC ≧ SOC1 (the active material layer does not deteriorate so much, the function of the electrode protective agent does not need to be exhibited), wasteful consumption of the electrode protective agent is suppressed, and the electrode protective agent is effective. Can be used.

一方、本実施形態に係る非水電解質二次電池システムにおいて、二次電池10のSOCが所定値未満である(SOC<SOC1である)ときには、外部圧力Pが比較的小さめの範囲(例えば、0.1kgf/cm以上0.4kgf/cm)に調整される。これにより、電解液に含まれる電極保護剤が発電要素21の内部(電極間)へと移動して、電極を保護する機能が発揮される傾向となる。その結果、SOC<SOC1のとき(活物質層の劣化が進行しうるため、電極保護剤の機能が発揮される必要がある)には、電極保護剤の作用によって活物質層の劣化が抑制される。その結果、ラミネート電池におけるサイクル耐久性の低下が抑制され、電動車両用電源として用いる場合に要求される数百サイクルのサイクル耐久性を向上させることも可能となる。 On the other hand, in the nonaqueous electrolyte secondary battery system according to the present embodiment, when the SOC of the secondary battery 10 is less than a predetermined value (SOC <SOC1), the external pressure P is in a relatively small range (for example, 0 0.1 kgf / cm 2 or more and 0.4 kgf / cm 2 ). Thereby, the electrode protecting agent contained in the electrolytic solution tends to move to the inside of the power generation element 21 (between the electrodes), and the function of protecting the electrodes tends to be exhibited. As a result, when SOC <SOC1 (deterioration of the active material layer can proceed, the function of the electrode protection agent needs to be exhibited), the degradation of the active material layer is suppressed by the action of the electrode protection agent. The As a result, a decrease in cycle durability in the laminate battery is suppressed, and it is possible to improve the cycle durability of several hundred cycles required when used as a power source for an electric vehicle.

以下、実際にリチウムイオン二次電池を作製し、これに印加される外部圧力を本発明に係る二次電池システムを用いて調整しながら充放電サイクル試験を行った結果(実施例)を説明する。   Hereinafter, a result (Example) of actually producing a lithium ion secondary battery and performing a charge / discharge cycle test while adjusting the external pressure applied to the lithium ion secondary battery using the secondary battery system according to the present invention will be described. .

[1.電解液の調製]
エチレンカーボネート(EC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジエチルカーボネート(DEC)の混合溶媒(30:30:40(体積比))を溶媒とした。また1.0MのLiPFをリチウム塩とした。なお、「1.0MのLiPF」とは、当該混合溶媒およびリチウム塩の混合物におけるリチウム塩(LiPF)濃度が1.0Mであるという意味である。
[1. Preparation of electrolyte]
A mixed solvent (30:30:40 (volume ratio)) of ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and diethyl carbonate (DEC) was used as a solvent. Further, 1.0M LiPF 6 was used as a lithium salt. Note that “1.0 M LiPF 6 ” means that the lithium salt (LiPF 6 ) concentration in the mixture of the mixed solvent and the lithium salt is 1.0 M.

[2.正極の作製]
正極活物質としてLiMn(平均粒子径:15μm)85質量%、導電助剤としてアセチレンブラック5質量%、およびバインダーとしてPVdF10質量%からなる固形分を用意した。この固形分に対し、スラリー粘度調整溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を適量添加して、正極スラリーを作製した。次に、正極スラリーを、集電体であるアルミニウム箔(20μm)の両面に塗布し,乾燥・プレスを行い、片面塗工量20.0mg/cm,両面厚み172μm(箔込み)の正極を作成した。
[2. Preparation of positive electrode]
A solid content comprising 85% by mass of LiMn 2 O 4 (average particle diameter: 15 μm) as a positive electrode active material, 5% by mass of acetylene black as a conductive assistant, and 10% by mass of PVdF as a binder was prepared. An appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), which is a slurry viscosity adjusting solvent, was added to the solid content to prepare a positive electrode slurry. Next, the positive electrode slurry is applied to both sides of an aluminum foil (20 μm) as a current collector, dried and pressed, and a positive electrode having a single-side coating amount of 20.0 mg / cm 2 and a double-sided thickness of 172 μm (including foil) is applied. Created.

[3.負極の作製]
負極活物質として人造黒鉛(平均粒子径:20μm)95質量%、導電助剤としてアセチレンブラック2質量%およびバインダーとしてSBR(日本ゼオン社製)2質量%、CMC(日本製紙ケミカル社製、商品名:サンローズ)1質量%からなる固形分を用意した。この固形分に対し、スラリー粘度調整溶媒であるイオン交換水を適量添加して、負極スラリーを作製した。次に、負極スラリーを、集電体である銅箔(15μm)の両面に塗布し、乾燥・プレスを行い、片面塗工量5.64mg/cm,両面厚み92μm(箔込み)負極を作製した。
[3. Production of negative electrode]
Artificial graphite (average particle size: 20 μm) 95% by mass as a negative electrode active material, 2% by mass of acetylene black as a conductive assistant, 2% by mass of SBR (manufactured by Zeon Corporation), CMC (manufactured by Nippon Paper Chemicals Co., Ltd. : Sunrose) A solid content of 1% by mass was prepared. An appropriate amount of ion-exchanged water, which is a slurry viscosity adjusting solvent, was added to the solid content to prepare a negative electrode slurry. Next, the negative electrode slurry is applied to both sides of a copper foil (15 μm) as a current collector, dried and pressed to produce a negative electrode with a coating amount of 5.64 mg / cm 2 on one side and a thickness of 92 μm (including foil) on both sides. did.

[4.単電池の完成工程]
上記で作製した正極を210×184mmの長方形状に切断し、負極層を215×188mmの長方形状に切断した(正極15枚、負極16枚)。この正極と負極とを219×191mmのセパレータ(ポリオレフィン微多孔膜、厚さ25μm、空隙率55%)を介して交互に積層した。
[4. Single cell completion process]
The positive electrode produced above was cut into a 210 × 184 mm rectangular shape, and the negative electrode layer was cut into a 215 × 188 mm rectangular shape (15 positive electrodes and 16 negative electrodes). The positive electrode and the negative electrode were alternately laminated through a 219 × 191 mm separator (polyolefin microporous membrane, thickness 25 μm, porosity 55%).

これらの正極と負極それぞれにタブを溶接し、アルミラミネートフィルムからなる外装中に、下記の表1に記載の量の電解液とともに密封して電池を完成させ、電極面積よりも大きいウレタンゴムシート(厚み3mm)で挟持して積層体とした後、アルミニウム板(厚み5mm)で当該積層体をさらに挟み込み、非水電解質リチウムイオン二次電池(単電池)を完成させた。なお、上記ウレタンゴムシートおよび上記アルミニウム板は電池の積層方向に外部圧力を印加する加圧手段として機能することができ、印加される外部圧力は可変である。このように作製された電池の定格容量は17.7Ahであり、定格容量に対する電池面積の比は28.8cm/Ahであった。 A tab is welded to each of the positive electrode and the negative electrode, and the battery is completed by sealing together with an electrolyte solution in an amount shown in Table 1 below in an exterior made of an aluminum laminate film, and a urethane rubber sheet larger than the electrode area ( The laminate was sandwiched with a thickness of 3 mm), and then the laminate was further sandwiched with an aluminum plate (thickness 5 mm) to complete a nonaqueous electrolyte lithium ion secondary battery (unit cell). The urethane rubber sheet and the aluminum plate can function as pressurizing means for applying an external pressure in the battery stacking direction, and the applied external pressure is variable. The battery thus fabricated had a rated capacity of 17.7 Ah, and the ratio of the battery area to the rated capacity was 28.8 cm 2 / Ah.

[5.単電池の初回充放電工程]
上記のようにして作製した非水電解質リチウムイオン二次電池(単電池)について、まず、25℃に保持した恒温槽において24時間保持した後に初回充放電工程を実施した。初回充電は、0.05CAの電流値で4.2Vまで定電流充電(CC)し、その後定電圧(CV)で、合わせて25時間充電した。次いで、40℃に保持した恒温槽において96時間保持した。その後、25℃に保持した恒温槽において、1Cの電流レートで2.5Vまで放電を行い、その後に10分間の休止時間を設けた。
[5. Single cell initial charge and discharge process]
About the nonaqueous electrolyte lithium ion secondary battery (unit cell) produced as mentioned above, first, after hold | maintaining for 24 hours in the thermostat hold | maintained at 25 degreeC, the first charging / discharging process was implemented. The initial charge was a constant current charge (CC) up to 4.2 V at a current value of 0.05 CA, and then a constant voltage (CV) for a total of 25 hours. Subsequently, it hold | maintained for 96 hours in the thermostat hold | maintained at 40 degreeC. Thereafter, in a thermostatic chamber maintained at 25 ° C., discharging was performed to 2.5 V at a current rate of 1 C, and then a 10-minute rest period was provided.

[6.電池の評価]
上記のようにして作製した非水電解質リチウムイオン二次電池(単電池)を、45℃に保持した恒温槽において電池温度を45℃とした後、充放電性能試験により評価した。この充放電性能試験において、充電は1Cの電流レートで4.2Vまで定電流充電(CC)し、その後定電圧(CV)で、合わせて2.5時間充電した。その後、10分間休止時間を設けた後、1Cの電流レートで2.5Vまで放電を行い、その後に10分間の休止時間を設けた。これらを1サイクルとし、充放電試験を実施した。初回の放電容量に対して300サイクル後に放電した割合を容量維持率とした。
[6. Battery evaluation]
The non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery (unit cell) produced as described above was evaluated by a charge / discharge performance test after setting the battery temperature to 45 ° C. in a thermostatic bath maintained at 45 ° C. In this charge / discharge performance test, charging was carried out at a constant current (CC) up to 4.2 V at a current rate of 1 C, and then charged at a constant voltage (CV) for 2.5 hours. Thereafter, after a 10-minute rest period, discharging was performed at a current rate of 1 C up to 2.5 V, followed by a 10-minute rest period. These were made into 1 cycle, and the charging / discharging test was implemented. The ratio of discharge after 300 cycles with respect to the initial discharge capacity was defined as the capacity maintenance rate.

なお、上記「5.単電池の初回充電工程」および「6.電池の評価」における充放電の際には、電池の電圧からSOCを随時算出するとともに、tekscan社製フィルム式圧力分布計測システムを用いて電池の積層方向に印加される外部圧力をモニタリングした。そして、電池のSOCが0〜3%のときと、3〜100%のときとで、電池に印加される外部圧力を下記の表1に示すように変化させた。なお、比較例3および比較例4では、加圧手段(ウレタンゴムシートおよびアルミニウム板)を用いずに(つまり、電池の積層方向に外部圧力を印加せずに)、同様の充放電試験を実施した。   In addition, when charging / discharging in the above-mentioned “5. Initial charging process of cell” and “6. Evaluation of battery”, SOC is calculated from the voltage of the battery as needed, and a film type pressure distribution measuring system manufactured by tekscan is used. The external pressure applied in the stacking direction of the battery was monitored. The external pressure applied to the battery was changed as shown in Table 1 below when the SOC of the battery was 0 to 3% and when the SOC was 3 to 100%. In Comparative Example 3 and Comparative Example 4, the same charge / discharge test was performed without using the pressurizing means (urethane rubber sheet and aluminum plate) (that is, without applying external pressure in the battery stacking direction). did.

表1に示す結果から、すべてのSOCにおいて一定の外部圧力を印加した場合には、外部圧力を印加しない場合と比較するとサイクル耐久性が一応向上した。ただし、このサイクル耐久性は十分ではない。一方、SOCが3%以下のときには外部圧力を減少させて充放電を実施することで、電池のサイクル耐久性が著しく向上することがわかる。   From the results shown in Table 1, when a constant external pressure was applied to all SOCs, the cycle durability was temporarily improved as compared with the case where no external pressure was applied. However, this cycle durability is not sufficient. On the other hand, when the SOC is 3% or less, it is understood that the cycle durability of the battery is remarkably improved by performing charge / discharge by reducing the external pressure.

以上のことから、本発明に係る二次電池システムによれば、ラミネート電池におけるサイクル耐久性の低下が抑制され、電動車両用電源として用いる場合に要求される数百サイクルのサイクル耐久性を向上させることも可能となることが示される。   From the above, according to the secondary battery system according to the present invention, a decrease in cycle durability in the laminated battery is suppressed, and the cycle durability of several hundred cycles required when used as a power source for electric vehicles is improved. It is shown that it is also possible.

3 コントローラ(SOC算出手段、制御手段)、
4 加圧装置(加圧手段)、
10 非水電解質二次電池、
11 正極集電体、
12 負極集電体、
13 正極活物質層、
15 負極活物質層、
17 セパレータ、
19 単電池層、
21 発電要素、
25 正極集電板、
27 負極集電板、
29 電池外装体、
30 電池外装体の内部における余剰空間、
31 電流計、
32 電圧計、
33 リレースイッチ、
34 外部圧力センサ(外部圧力検出手段)
35 補助電源、
41 規制板、
42 下板、
43 上板、
44 ボルトナット、
45 ボールねじ、
46 ねじ軸、
47 ナット部、
48 モータ、
50 負荷、
51 インバータ。
3 Controller (SOC calculation means, control means),
4 Pressurizing device (pressurizing means),
10 Nonaqueous electrolyte secondary battery,
11 positive electrode current collector,
12 negative electrode current collector,
13 positive electrode active material layer,
15 negative electrode active material layer,
17 separator,
19 cell layer,
21 power generation elements,
25 positive current collector,
27 negative current collector,
29 Battery exterior body,
30 Excess space inside the battery exterior body,
31 Ammeter,
32 Voltmeter,
33 Relay switch,
34 External pressure sensor (external pressure detection means)
35 Auxiliary power supply,
41 restriction plate,
42 Lower plate,
43 Upper plate,
44 bolts and nuts,
45 ball screw,
46 Screw shaft,
47 Nut,
48 motor,
50 load,
51 Inverter.

Claims (11)

正極集電体の表面に正極活物質層が形成されてなる正極と、負極集電体の表面に負極活物質層が形成されてなる負極と、電解液を保持するためのセパレータと、を含む単電池層を有する発電要素が、外装体の内部に、電極保護剤を含む電解液とともに、前記外装体の内部に余剰空間が存在するように封入されてなる非水電解質二次電池と、
前記非水電解質二次電池に外部圧力を印加する加圧手段と、
前記非水電解質二次電池のSOCを算出するSOC算出手段と、
前記SOC算出手段が算出したSOCに基づいて、前記加圧手段を制御して、前記外部圧力を調整する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記非水電解質二次電池の放電時において、前記SOCが所定値以下となったときに前記外部圧力を減少させることを特徴とする、非水電解質二次電池システム。
A positive electrode in which a positive electrode active material layer is formed on the surface of the positive electrode current collector; a negative electrode in which a negative electrode active material layer is formed on the surface of the negative electrode current collector; and a separator for holding an electrolyte solution A non-aqueous electrolyte secondary battery in which a power generation element having a single battery layer is sealed so that there is an excess space inside the exterior body together with an electrolyte containing an electrode protecting agent inside the exterior body,
Pressurizing means for applying an external pressure to the non-aqueous electrolyte secondary battery;
SOC calculating means for calculating the SOC of the non-aqueous electrolyte secondary battery;
Control means for controlling the pressurizing means based on the SOC calculated by the SOC calculating means to adjust the external pressure,
The non-aqueous electrolyte secondary battery system, wherein the control means reduces the external pressure when the SOC becomes a predetermined value or less during discharging of the non-aqueous electrolyte secondary battery.
前記外部圧力を検出する外部圧力検出手段を備え、
前記制御手段は、前記外部圧力検出手段が検出した前記外部圧力が所定の範囲内となるように、前記加圧手段を制御する、請求項1に記載の非水電解質二次電池システム。
An external pressure detecting means for detecting the external pressure;
The non-aqueous electrolyte secondary battery system according to claim 1, wherein the control unit controls the pressurizing unit such that the external pressure detected by the external pressure detecting unit falls within a predetermined range.
減少後の前記外部圧力が、前記発電要素の積層方向の圧力として0.1kgf/cm以上0.4kgf/cm未満である、請求項1または2に記載の非水電解質二次電池システム。 3. The nonaqueous electrolyte secondary battery system according to claim 1, wherein the external pressure after the decrease is 0.1 kgf / cm 2 or more and less than 0.4 kgf / cm 2 as a pressure in the stacking direction of the power generation elements. 前記所定値が、3〜5%である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池システム。   The non-aqueous electrolyte secondary battery system according to any one of claims 1 to 3, wherein the predetermined value is 3 to 5%. 前記制御手段はさらに、前記SOCが前記所定値よりも大きくなったときに前記外部圧力を増加させる、請求項1〜4のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池システム。   The non-aqueous electrolyte secondary battery system according to claim 1, wherein the control unit further increases the external pressure when the SOC becomes larger than the predetermined value. 増加後の前記外部圧力が、前記発電要素の積層方向の圧力として0.4〜1.5kgf/cmである、請求項5に記載の非水電解質二次電池システム。 The nonaqueous electrolyte secondary battery system according to claim 5, wherein the increased external pressure is 0.4 to 1.5 kgf / cm 2 as a pressure in the stacking direction of the power generation elements. 前記電極保護剤が、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネートおよびジフルオロエチレンカーボネートからなる群より選択される1種または2種以上の化合物である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池システム。   The said electrode protective agent is 1 type, or 2 or more types of compounds selected from the group which consists of vinylene carbonate, vinylethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, and difluoroethylene carbonate, The any one of Claims 1-6. Non-aqueous electrolyte secondary battery system. 前記電極保護剤が、下記式(1):
式中、
Oは酸素、およびSは硫黄を表し、
A、BおよびDは、それぞれ独立して、単結合、酸素、硫黄、カルボニル基、チオカルボニル基、スルフィニル基、スルホニル基、およびNR基からなる群より選ばれる少なくとも1種の基を表し、この際、Rは、水素原子、一価の脂肪族炭化水素基、一価の脂環式炭化水素基および一価の芳香族炭化水素基からなる群より選ばれる少なくとも1種の基を表し、
、R、RおよびRは、それぞれ独立して、単結合または二価の脂肪族炭化水素基を表す、
で表される1種または2種以上の環式スルホン酸エステルである、請求項1〜7のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池システム。
The electrode protective agent is represented by the following formula (1):
Where
O represents oxygen and S represents sulfur;
A, B and D each independently represent at least one group selected from the group consisting of a single bond, oxygen, sulfur, carbonyl group, thiocarbonyl group, sulfinyl group, sulfonyl group, and NR 5 group; In this case, R 5 represents at least one group selected from the group consisting of a hydrogen atom, a monovalent aliphatic hydrocarbon group, a monovalent alicyclic hydrocarbon group, and a monovalent aromatic hydrocarbon group. ,
R 1 , R 2 , R 3 and R 4 each independently represents a single bond or a divalent aliphatic hydrocarbon group,
The nonaqueous electrolyte secondary battery system of any one of Claims 1-7 which is 1 type, or 2 or more types of cyclic sulfonate ester represented by these.
前記発電要素は、複数の前記単電池層が積層されてなる構成を有し、
前記加圧手段は、前記非水電解質二次電池の前記発電要素の積層方向に前記外部圧力を印加する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池システム。
The power generation element has a configuration in which a plurality of unit cell layers are stacked,
The non-aqueous electrolyte secondary battery system according to claim 1, wherein the pressurizing unit applies the external pressure in a stacking direction of the power generation elements of the non-aqueous electrolyte secondary battery.
定格容量に対する電池面積(電池外装体まで含めた電池の投影面積)の比の値が5cm/Ah以上であり、かつ、定格容量が3Ah以上である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池システム。 The value of the ratio of the battery area to the rated capacity (projected area of the battery including the battery outer package) is 5 cm 2 / Ah or more, and the rated capacity is 3 Ah or more. The nonaqueous electrolyte secondary battery system described in 1. 前記活物質層が矩形状であり、当該活物質層の縦横比として定義される電極のアスペクト比が1〜3である、請求項1〜10のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池システム。   The non-aqueous electrolyte secondary according to any one of claims 1 to 10, wherein the active material layer has a rectangular shape, and an aspect ratio of the electrode defined as an aspect ratio of the active material layer is 1 to 3. Battery system.
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